環境條件對摻礦物摻合料混凝土硬化性能的影響

李鐵梅，毛永琳，嵇銀行

（1. 鹽城市金恒建材制造有限公司，江蘇 鹽城 224000；2. 江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 210008）

環境條件對摻礦物摻合料混凝土硬化性能的影響

李鐵梅1，毛永琳2，嵇銀行2

（1. 鹽城市金恒建材制造有限公司，江蘇 鹽城 224000；2. 江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 210008）

本文結合江蘇地區自然環境溫、濕度變化情況，通過大量的實驗，研究了環境濕度、環境溫度、養護齡期對摻礦物摻合料混凝土的力學性能、收縮變形以及耐久性的影響規律。結果表明：摻礦粉混凝土受環境條件變化的影響較小，而摻粉煤灰混凝土受環境溫、濕度變化影響較大，在實際工程應用中應更加重視混凝土養護。

養護溫度；養護濕度；收縮；抗壓強度；耐久性

0 前言

水泥作為水硬性膠凝材料，其水化硬化速度很大程度上受溫度和濕度制約[1,2]。現澆混凝土受環境條件、施工進度所限，普遍存在養護不良現象，混凝土表層粉化、碳化加深、表面龜裂等問題層出不窮，行業對此重視不足[3]。隨著高效減水劑在商品混凝土中的普及，現代混凝土中膠凝材料用量更少、水膠比更低，混凝土對養護的要求更高。

礦物摻合料在混凝土中應用的歷史可追溯到 1948 年，R.E.Davis 成功將粉煤灰大規模應用于美國蒙大拿州的 Hungry Horse Dam 工程。礦物摻合料中含有的大量無定形態 SiO2和Al2O3，在水泥混凝土體系中主要體現出增強效應、填充效應、增塑效應、溫峰削減效應、耐久性改善效應[4-7]。進入 20世紀 90 年代隨著商品混凝土的普及，礦物摻合料廣泛用于商品混凝土生產，已成為混凝土的重要組分。然而礦物摻合料在水化活性、體積穩定性等方面與水泥有較大不同，而養護環境條件對礦物摻合料作用發揮的影響規律卻鮮有報道。

本文從養護溫度、養護濕度以及養護齡期等幾個方面系統地研究了環境條件對摻礦物摻合料混凝土硬化性能的影響規律。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥

南通華新 P·O 42.5 水泥，其物理、力學性能指標如表 1所示。

表 1 水泥的物理、力學性能

（2）粉煤灰

鎮江諫壁Ⅰ級粉煤灰，45μm 篩余 9.2%，需水量比96%，燒失量 3.5%。

（3）磨細礦渣

江南粉磨廠 S95 級磨細礦渣，比表面積 497m2/kg，28d活性指數 99%。

（4）骨料

細集料為 Ⅱ 區中砂，細度模數 2.6；粗骨料為 5～20mm石灰巖碎石，空隙率 44.1%。

（5）外加劑

江蘇蘇博特新材料股份有限公司的 JM-9 高效減水劑，減水率 19.1%。

1.2 配合比

為全面考察養護制度的影響，選用三組混凝土配合比。具體配合比參數列于表 2 中。

表 2 試驗用混凝土配合比

1.3 養護方案

根據混凝土養護工藝中比較重要的兩個方面——養護溫度、養護濕度安排養護方案。具體安排列于表 3 中。養護制度由 C-A 至 C-D，早期保濕養護時間逐漸減少，養護制度C-D 為模擬江蘇地區春、秋季節自然環境，養護制度 C-F 為模擬江蘇地區夏季高溫季節自然環境。

表 3 養護方案

1.4 試驗方法

混凝土的抗壓強度測試參照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行；干燥收縮率、電通量、碳化深度測試參照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》。混凝土的養護制度按照表 3 執行。

2 試驗結果與分析

2.1 環境條件對摻礦物摻合料混凝土力學性能的影響

本節考察環境溫、濕度條件對混凝土抗壓強度的影響規律。試驗結果示于表 4、圖 1。由圖表可見，溫、濕度變化對混凝土的早期強度的影響較小，而對后期強度有較大影響。

T.C Power 曾研究過水泥石中毛細孔的相對濕度與水泥水化反應之間的關系。研究結果表明，當毛細孔內的相對濕度降到低于 80% 時，水泥的水化反應很難進行。隨著早期保濕養護時間的縮短（養護條件 C-A→C-D），混凝土的后期力學性能逐漸變差。其中，環境濕度變化對摻礦粉混凝土的影響程度稍低，摻粉煤灰混凝土與純水泥混凝土類似。摻粉煤灰混凝土在保濕養護下 90d 抗壓強度超過低濕自然養護的 1.5倍。由于早齡期混凝土內部濕度高于環境濕度，所以環境濕度對混凝土 7d 抗壓強度的影響不顯著。

在低濕環境下（養護條件 C-D、C-F），溫度對摻粉煤灰混凝土力學性能影響體現出兩面性，即高溫環境對早期強度有利，但為后期力學性能劣化埋下伏筆，造成 90d 抗壓強度降低 17.1%。溫度對摻礦粉混凝土影響與摻粉煤灰混凝土不同，隨著溫度升高，各齡期強度均有增加。

表 4 不同養護制度下礦物摻合料混凝土抗壓強度

圖 1 養護制度對不同混凝土抗壓強度的影響

2.2 環境條件對摻礦物摻合料混凝土體積穩定性的影響

環境溫、濕度變化造成混凝土表層水份蒸發，混凝土內層產生濕度、溫度梯度從而引起水化反應及內部孔隙率變化，產生變形和開裂[7-8]。粉煤灰、礦粉由于水化活性、彈性模量、保水能力與水泥有較大的區別，混凝土的體積變形變化規律亦有較大差異。本節測試環境溫、濕度變化對摻礦物摻合料混凝土 28d 干燥收縮率的影響，結果見表 5 和圖 2。

表 5 不同養護條件混凝土 28d 干縮率(×10-6)

圖 2 不同養護條件對混凝土 28d 干燥收縮率的影響

在三種膠凝材料體系中，摻粉煤灰混凝土干燥收縮最低，摻礦粉混凝土的干燥收縮最高。早期保濕養護對降低硬化混凝土的干燥收縮意義重大，此工藝對摻礦粉混凝土的作用最顯著。脫模后保濕養護 6d（養護制度 C-B）可使摻礦粉混凝土 28d 干燥收縮降低 30%，而摻粉煤灰混凝土僅減少13%。

提高環境溫度（養護制度 C-D、C-F）造成摻粉煤灰混凝土的干燥收縮增加，而摻礦粉混凝土的干燥收縮降低，這與力學性能的變化規律一致。

2.3 環境條件對摻礦物摻合料混凝土耐久性的影響

對于量大面廣的民用建筑領域，混凝土碳化、抗滲透性差是造成混凝土失效的主要耐久性因素，兩者息息相關。CO2氣體與混凝土中堿性物質發生中和反應，造成混凝土內部堿性下降。鋼筋混凝土結構中，鋼筋表面的鈍化膜會由于混凝土堿度下降而失效，水和空氣滲透至鋼筋表面，由于鈍化膜失效，鋼筋銹蝕膨脹，最終使混凝土開裂建筑結構失效[9-11]。

表 6 和圖 3 示出了環境溫、濕度變化對不同膠凝材料組成混凝土碳化深度的影響。摻礦物摻合料混凝土的碳化深度高于純水泥混凝土，其中粉煤灰混凝土的碳化深度最大。早期保濕養護對提高混凝土的抗碳化能力效果顯著，即便僅保濕養護 2 天（養護制度 C-C），混凝土的碳化深度與全程保濕養護（養護制度 C-A）基本相同，而比全程未保濕（養護制度 C-D）減少 5～6mm，對鋼筋保護能力增強。高溫、低濕養護（養護制度 C-F）造成混凝土抗碳化能力顯著降低，尤其對摻粉煤灰混凝土，碳化深度增加 11.2mm。

表 6 不同養護條件混凝土碳化深度 mm

圖 3 不同養護條件對混凝土碳化深度的影響

表 7 和圖 4 示出了環境溫、濕度變化對不同膠凝材料組成混凝土電通量的影響。與碳化測試結果類似，早期保濕養護對降低混凝土電通量至關重要，相較未保濕養護混凝土（養護制度C-D、C-F）減少 50% 以上，說明混凝土的抗滲性顯著改善。礦物摻合料可以降低混凝土電通量，其中礦粉的作用效果最佳。在自然養護條件下（養護制度 C-D、C-F）摻礦粉混凝土電通量較純水泥混凝土降低 38% 以上。溫度對混凝土電通量的影響規律與碳化類似，但摻礦粉混凝土的電通量隨溫度升高反而下降。

表 7 不同養護條件混凝土電通量 C

圖 4 不同養護條件對混凝土電通量的影響

3 結論

混凝土作為一種經時變化商品，其品質的優劣不以交付使用的時間為結點，而是隨所處環境的溫、濕度變化而變化。高濕環境可以減少混凝土內部水份蒸發，降低濕度梯度，對混凝土力學強度、體積穩定性、耐久性的提升意義重大。早期的高濕養護（2～6d）可保證混凝土各項性能基本達到長期保濕養護的水平，高溫養護對硬化混凝土各項性能均表現出劣化趨勢。鑒于此，針對江蘇地區氣候環境，混凝土灑水保濕、降溫養護對提升混凝土品質至關重要。摻礦粉混凝土受環境條件變化的影響較小，而摻粉煤灰混凝土受環境溫、濕度變化影響較大，在實際工程應用中應更加重視混凝土養護。

[1] 胡曙光，何永佳，王曉，等．不同養護制度下混合水泥反應程度的研究[J]．武漢科技學院學報，2005(12): 33-36．

[2] 楊智勇，周艷麗，耿蘊華．養護對混凝土強度的影響[J]．廣西交通科技，2001(1): 41-43．

[3] 姜繼強，王建軍．橋梁施工中混凝土的養護[J]．混凝土與水泥制品，2003(2): 31-35．

[4] 王凱，馬保國，張泓源．礦物摻合料對混凝土抗酸雨侵蝕特性的影響[J]．建筑材料學報，2013(6): 416-421．

[5] 何廷樹，汲江濤，王艷，等．高巖溫隧道下礦物摻合料對混凝土力學性能的影響[J]．材料導報，2013(3):119-122．

[6]王亞寧．粉煤灰混凝土的耐久性研究[J]．陜西煤炭，2003(2): 12-13．

[7]徐仁崇，李曉斌，桂苗苗，等．礦物摻合料對 C100 混凝土早期收縮及干縮的影響[J]．混凝土與水泥制品，2013(1): 24-27．

[8]楊長輝，王海陽．環境因素變化對高強混凝土塑性開裂的影響[J]．混凝土，2005(5): 27-32．

[9]肖佳，勾成福．混凝土碳化研究綜述[J]．混凝土，2010(1): 40-44．

[10] 屈永紅．混凝土工程中碳化問題的研究現狀[J]．商品混凝土，2013(1): 29-31．

[11] 李梅，溫勇，張廣泰，等．礦物摻合料對混凝土抗氯離子滲透性的影響綜述[J]．材料導報，2013(6): 107-110．

［通訊地址］鹽城市月湖花城 6 棟 202 室（224000）

Effect of different curing conditions on concrete with mineral admixtures

Li Tiemei1, Mao Yonglin2, Ji Yinhang2
(1.Yancheng JinHeng Building Materials CO., Ltd., Yancheng 224000; 2. Jiangsu Sobute Material CO. Ltd., Nanjing 210008)

On the basis of test study, the rule was studied how the humidity, temperature and age of curing impact the compressive, strength shrinkage deformation and durability of concrete in this text. The results showed that the smaller impact of changes in environmental conditions in slag concrete, but humidity changes greater impact in fly ash concrete environmental temperature. In practical engineering, applications should be paid more attention to concrete curing.

curing temperature; curing humidity; shrinkage; compressive strength; durability

李鐵梅（1970—），女，工程師，鹽城市金恒建材制造有限公司總工。