養(yǎng)護(hù)條件對(duì)高性能混凝土力學(xué)性能影響研究

劉紅兵

（陽(yáng)翼高速公路管理處，山西 晉城048000）

1 概述

1.1 普通混凝土試件養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)普通混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)規(guī)定：

試件在20℃±5℃環(huán)境靜置一晝夜，編號(hào)拆模后即放入溫度20℃±2℃，相對(duì)濕度RH 95%以上標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。或在溫度20℃±2℃的不流動(dòng)Ca(OH)2飽和溶液中養(yǎng)護(hù)[1]。

1.2 養(yǎng)護(hù)方式

混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件養(yǎng)護(hù)方式主要有：

a）塑料薄膜密封養(yǎng)護(hù)。

b）土工布灑水潤(rùn)濕覆蓋養(yǎng)護(hù)。

c）間斷灑水自然養(yǎng)護(hù)[2]。

混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度通常由同條件養(yǎng)護(hù)試件達(dá)到等效養(yǎng)護(hù)齡期600度·d的強(qiáng)度表征。混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度表征混凝土材料可以達(dá)到的性能標(biāo)準(zhǔn)，用作混凝土配合比設(shè)計(jì)及質(zhì)量評(píng)定的依據(jù)。

1.3 高性能混凝土具有的特征

高性能混凝土是在傳統(tǒng)四組分基礎(chǔ)上，增加超細(xì)礦物摻和料和化學(xué)外加劑形成六組分體系。由于新組分的超疊加效應(yīng)，使得材料具有以下特征：

a）摻和料填充效應(yīng)使微觀結(jié)構(gòu)更密實(shí)。

b）外加劑引入使新拌合材料的工作性大幅提高。

c）低水膠比使硬化結(jié)構(gòu)宏觀體積穩(wěn)定性更好，微觀孔隙率增加，孔徑減小。

d）混凝土內(nèi)部孔隙中二次水化反應(yīng)使混凝土中骨料與水泥石界面改善，強(qiáng)度更高，力學(xué)性能更趨優(yōu)良。

e）填充與二次水化疊加使混凝土微觀結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，抗?jié)B透、抗侵蝕等耐久性能顯著提高[3]。

抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能中最基本、最重要指標(biāo)，它為確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)依據(jù)，并決定其他力學(xué)性能。靜態(tài)彈性模量是混凝土重要力學(xué)性能指標(biāo)之一，它反映了混凝土彈性范圍所受應(yīng)力與所產(chǎn)生應(yīng)變之間的關(guān)系，是控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)變形、裂縫開展和大體積混凝土溫度應(yīng)力必須的參數(shù)之一[4]。

試驗(yàn)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試件在溫度、齡期相同，濕度不小于95%環(huán)境和飽和石灰水兩種介質(zhì)中抗壓強(qiáng)度演化結(jié)果，揭示飽和石灰水做為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件的差異性；通過(guò)同條件養(yǎng)護(hù)試件與標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度、彈性模量主要力學(xué)性能指標(biāo)隨齡期變化比較，驗(yàn)證了現(xiàn)行混凝土質(zhì)量評(píng)定方法對(duì)高性能混凝土結(jié)構(gòu)適用性。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)分工

依托實(shí)體工程項(xiàng)目，結(jié)合試驗(yàn)室小型拌合標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。某C55特大橋工程項(xiàng)目，工地試驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行溫度20℃±2℃，濕度RH≥95%環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和同條件養(yǎng)護(hù)試件試驗(yàn)；某科研機(jī)構(gòu)，進(jìn)行相同材料，相同配合比，試驗(yàn)室小型拌和機(jī)拌料制件，用飽和石灰水，溫度20℃±2℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件對(duì)比試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)用配合比

表1 試驗(yàn)用配合比kg

2.3 原材料主要技術(shù)指標(biāo)

水泥P.O52.5，比表面積338 m2/kg，28 d抗壓強(qiáng)度58.8 MPa，28 d抗折強(qiáng)度8.3 MPa；Ⅰ級(jí)粉煤灰，S105磨細(xì)礦渣粉；KDSP-1聚羧高效減水劑，減水率26%；細(xì)集料，細(xì)度模數(shù)2.88，Ⅱ區(qū)中砂；粗集料，壓碎值18.6%，5～20石灰?guī)r連續(xù)級(jí)配。

2.4 試件尺寸及組批

試驗(yàn)采用兩種尺寸試件，立方體試件150×150×150，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，每組10個(gè)，代表值統(tǒng)計(jì)分析；棱柱體150×150×300，彈性模量試驗(yàn)，每組13個(gè)，3個(gè)確定加荷參數(shù)，10個(gè)代表值統(tǒng)計(jì)分析。

2.5 養(yǎng)生條件及齡期

采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和同條件養(yǎng)護(hù)兩種方式，每種方式按齡期 3 d、5 d、7 d、28 d、56 d，每一齡期據(jù)抗壓強(qiáng)度和彈性模量?jī)蓚€(gè)參數(shù)制作試驗(yàn)試件。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總（見(jiàn)表2、表3）

表2 項(xiàng)目抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)匯總

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

a）表2項(xiàng)目抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率 石灰水件5 d前較大，5 d達(dá)標(biāo)準(zhǔn)值109%，5 d后強(qiáng)度有所減低，28 d后仍有較大增長(zhǎng)，56 d增長(zhǎng)9%；標(biāo)養(yǎng)件28 d后增長(zhǎng)較小，趨于穩(wěn)定。抗壓強(qiáng)度：石灰水件總體高于標(biāo)養(yǎng)件，3 d達(dá)設(shè)計(jì)值100%，強(qiáng)度隨齡期存在波動(dòng)，5 d達(dá)設(shè)計(jì)值122%，28 d達(dá)設(shè)計(jì)值112%，56 d達(dá)設(shè)計(jì)值122%；同養(yǎng)件3 d達(dá)到設(shè)計(jì)值90%，28 d達(dá)到設(shè)計(jì)值110%，28 d以后趨于穩(wěn)定，見(jiàn)圖1。

表3 項(xiàng)目彈性模量試驗(yàn)匯總

圖1 養(yǎng)生條件對(duì)抗壓強(qiáng)度影響

b）表3項(xiàng)目彈性模量增長(zhǎng)率 石灰水件5 d前較大，5 d后趨于穩(wěn)定；同養(yǎng)件與標(biāo)養(yǎng)件接近。彈性模量：石灰水件總體高于標(biāo)養(yǎng)件，3 d達(dá)設(shè)計(jì)114%，5 d達(dá)到設(shè)計(jì)132%，5 d后趨于穩(wěn)定；同養(yǎng)件因環(huán)境條件變化，隨著齡期增加，彈性模量增長(zhǎng)出現(xiàn)波動(dòng)，總體對(duì)應(yīng)齡期模量小于標(biāo)養(yǎng)件，3 d彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)101%，28 d達(dá)設(shè)計(jì)120%；標(biāo)養(yǎng)件28 d后彈性模量略有降低，見(jiàn)圖2。

圖2 養(yǎng)生條件對(duì)彈性模量影響

5 結(jié)論

a）高性能混凝土，飽和石灰水養(yǎng)生試件，抗壓強(qiáng)度總體大于標(biāo)養(yǎng)試件，尤其在早齡期呈現(xiàn)出更高的抗壓強(qiáng)度和彈性模量。一般5 d齡期前大于相同齡期標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生強(qiáng)度10%以上，28 d齡期時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)接近，一般在5%以內(nèi)。石灰水養(yǎng)生不宜直接作為高性能混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件。

b）同條件試件抗壓強(qiáng)度，受環(huán)境氣溫及養(yǎng)生濕度影響較大，試驗(yàn)結(jié)果表明，總體小于對(duì)應(yīng)齡期標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度，等效齡期抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度90%以上。

c）高性能混凝土，因內(nèi)部孔隙直徑較小，孔隙密實(shí)度較大，其彈性模量比普通混凝土有較大幅度提高[5]。需要抗壓強(qiáng)度、彈性模量雙參數(shù)控制的結(jié)構(gòu)，一般5 d齡期彈性模量即可達(dá)到普通混凝土彈性模量的標(biāo)準(zhǔn)值，可做為混凝土預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)機(jī)的定量依據(jù)。

d）高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，在石灰水堿性介質(zhì)環(huán)境中，更適宜水泥在混凝土孔隙中進(jìn)行水化反應(yīng)，尤其混凝土成型早期（3 d）增長(zhǎng)較快。28 d齡期后，由于摻和料的二次水化反應(yīng)，后期抗壓強(qiáng)度、彈性模量仍有較大幅度增長(zhǎng)。

e）高性能混凝土標(biāo)養(yǎng)彈性模量，由于摻和料填隙作用，早期彈性模量較大，28 d齡期后，受礦物摻和料二次水化反應(yīng)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)影響，造成荷載作用下變形增大，導(dǎo)致彈性模量可能減小。