我國(guó)蒸養(yǎng)混凝土摻合料研究及應(yīng)用開發(fā)概況★

連洵桓 蔣元海 陳 震 方 威 袁 濤 王文清 丁 忠

(1.嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314001； 2.舟山市毅正建筑工程檢測(cè)有限公司，浙江 舟山 316000)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)采用蒸汽養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)的混凝土制品的數(shù)量也在增大，其中常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用于混凝土排水管、混凝土電桿、混凝土輸水管、混凝土井壁、混凝土軌枕、混凝土地下鐵路管片、高強(qiáng)混凝土管樁中越來(lái)越常見。對(duì)于蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)，早在20世紀(jì)70年代我國(guó)就有70%以上的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠采用了此方案，而現(xiàn)如今使用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)則更為普遍[1]。

蒸養(yǎng)混凝土即在混凝土制作振搗完成后對(duì)混凝土進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，具有早期水化速率快、早期強(qiáng)度高、節(jié)約時(shí)間、方便模具周轉(zhuǎn)、降低能耗、節(jié)約成本、運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)。但它后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢、抗?jié)B透性能較差，往往給蒸養(yǎng)混凝土的耐久性帶來(lái)許多影響。眾所周知，摻合料能夠較大的改善混凝土的性能。在這里我們將蒸養(yǎng)混凝土的摻合料摻加到蒸養(yǎng)混凝土中同樣可以彌補(bǔ)蒸養(yǎng)混凝土的缺陷，使它達(dá)到理想的效果。

1 蒸養(yǎng)混凝土摻合料對(duì)抗壓性能的影響

摻合料是指在混凝土攪拌前或在攪拌中，直接與混凝土其他組分在一起，摻入的人造或天然的礦物材料以及工業(yè)廢料，摻量一般大于水泥質(zhì)量的5%。隨著它的加入可以調(diào)節(jié)混凝土的強(qiáng)度，同時(shí)也可以節(jié)約水泥用量等[2]。不同的摻合料以及相同摻合料不同用量對(duì)蒸養(yǎng)混凝土性能所產(chǎn)生的影響是不完全相同的。

研究指出：水膠比、礦物摻合料、蒸養(yǎng)參數(shù)等對(duì)蒸養(yǎng)混凝土的脫模強(qiáng)度都有相應(yīng)的影響。且其中礦物摻合料和水膠比對(duì)蒸養(yǎng)混凝土的早期強(qiáng)度影響起著相當(dāng)重要的作用。然而在許多的工程建筑中，后期強(qiáng)度往往決定著工程建設(shè)的質(zhì)量。我們之所以特別關(guān)注蒸養(yǎng)混凝土的后期強(qiáng)度，正是根據(jù)蒸養(yǎng)混凝土的特性出發(fā)，其后期強(qiáng)度增長(zhǎng)并不明顯，往往比標(biāo)準(zhǔn)混凝土的后期強(qiáng)度還要低。

ZHIMIN H對(duì)此問題進(jìn)行了探索性的研究，在研究摻加不同摻合料對(duì)蒸養(yǎng)混凝土后期強(qiáng)度的影響后得出結(jié)論：普通蒸養(yǎng)混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)的比標(biāo)養(yǎng)混凝土慢，但是在蒸養(yǎng)混凝土中摻加了粉煤灰或粒化高爐礦渣后，蒸養(yǎng)混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率有了很大的提高。從他們的研究中可以看出礦物摻合料運(yùn)用在蒸養(yǎng)混凝土上的極大優(yōu)勢(shì)[3]。下面就不同蒸養(yǎng)混凝土摻合料對(duì)蒸養(yǎng)混凝土后期強(qiáng)度的影響做了簡(jiǎn)要的概述。

1.1 硅灰與石膏等復(fù)配對(duì)蒸養(yǎng)混凝土抗壓性能的影響

我國(guó)對(duì)免蒸壓管樁生產(chǎn)技術(shù)也有許多研究，其目的就是為了提高蒸養(yǎng)混凝土后期強(qiáng)度。他們的研究也取得了很大程度上的成果，一些管樁專用的減水劑，高強(qiáng)摻合料的發(fā)現(xiàn)使得蒸養(yǎng)混凝土的后期強(qiáng)度的提高成為可能。對(duì)此，桂志偉等人對(duì)硅灰與石膏等復(fù)配得到的一種新型高強(qiáng)摻合料進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)得出：在摻入10%的新型高強(qiáng)摻合料，在最高溫度70 ℃保持6 h的養(yǎng)護(hù)條件下，經(jīng)過(guò)振動(dòng)成型制備的混凝土，早前期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都能有很大程度的提高；離心成型與振動(dòng)成型相比，離心成型提高的強(qiáng)度更高[4]。

1.2 納米微珠與天然沸石超細(xì)粉復(fù)合對(duì)蒸養(yǎng)混凝土抗壓性能的影響

馮乃謙等人對(duì)納米微珠超細(xì)粉技術(shù)配制混凝土進(jìn)行了研究。他們采用52.5級(jí)早強(qiáng)型水泥，將納米微珠與天然沸石超細(xì)粉復(fù)合，加到蒸養(yǎng)混凝土中可以取代部分水泥，并使用復(fù)合高效減水劑，經(jīng)過(guò)85 ℃，恒溫4 h～5 h的蒸汽養(yǎng)護(hù)，可以配制出高性能混凝土，其強(qiáng)度可達(dá)100 MPa～110 MPa。將其應(yīng)用于管樁中可以提高管樁的抗沖擊韌性。打樁時(shí)，該新型管樁可以承受豎向3 500 kN的力，而不摻加納米微珠與天然沸石超細(xì)粉管樁只有2 700 kN；同時(shí)可經(jīng)受多次反復(fù)錘擊[5]。

1.3 硬石膏粉對(duì)蒸養(yǎng)混凝土抗壓性能的影響

我國(guó)硬石膏粉資源豐富，它作為新型礦物摻合料，將其摻入蒸養(yǎng)混凝土中有利于提升蒸養(yǎng)混凝土的工作性能、力學(xué)性能以及長(zhǎng)期的耐久性能。對(duì)此，王浩等人對(duì)硬石膏應(yīng)用于蒸養(yǎng)混凝土開展了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。研究表明：對(duì)摻不同礦物摻合料的混凝土，在常壓蒸養(yǎng)情況下，摻入一定量的硬石膏粉，可較大提高混凝土的早期抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度在5%～20%之間，同時(shí)，硬石膏粉的摻入對(duì)后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)也有貢獻(xiàn)[6]。

2 耐久性的研究

混凝土的耐久性一直以來(lái)都是衡量混凝土質(zhì)量的重要指標(biāo)。據(jù)調(diào)查，由于混凝土的各種腐蝕，美國(guó)每年都會(huì)損失2 500億美元～3 500億美元；瑞士每年用于橋面檢測(cè)維修的費(fèi)用也高達(dá)8 000萬(wàn)法郎，我國(guó)每年因混凝土造成的損失也同樣如此[2]。所以，維持混凝土在長(zhǎng)期環(huán)境介質(zhì)中不被破壞，保持其正常使用性能是我們要達(dá)到的目的。這里主要從蒸養(yǎng)混凝土的抗凍性以及抗氯離子滲透性來(lái)對(duì)蒸養(yǎng)混凝土的耐久性進(jìn)行研究。

2.1 抗凍性

在北方地區(qū)，預(yù)制構(gòu)件所用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)并不是很高，且多用蒸汽養(yǎng)護(hù)縮短生產(chǎn)周期，雖然這樣可以節(jié)省時(shí)間，方便模具的周轉(zhuǎn)，但是對(duì)混凝土中水化產(chǎn)物的形態(tài)與結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不利影響。尤其是在北方的冬季，室外溫差大，對(duì)混凝土耐久性的發(fā)展更是不利。

對(duì)此，一些相關(guān)的研究人員對(duì)在蒸養(yǎng)混凝土中摻入粉煤灰、硅灰后對(duì)其抗凍性能的影響做出了研究。當(dāng)摻入的Ⅰ級(jí)粉煤灰的量在30%以內(nèi)時(shí)，可以提高其抗凍性能，在經(jīng)過(guò)30次凍融循環(huán)后，相對(duì)動(dòng)彈模仍在95%以上[7]。

2.2 抗氯離子滲透性

生活中的許多建筑都是采用的蒸養(yǎng)混凝土構(gòu)件，在承受各種惡劣環(huán)境因素的影響下，水對(duì)混凝土耐久性的影響尤為重要，對(duì)于鋼筋混凝土來(lái)說(shuō)，若其密實(shí)度不夠，則水的滲透率越大，它破壞的速率也就越快。所以混凝土的抗?jié)B性是評(píng)價(jià)混凝土耐久性的重要指標(biāo)。

雖然蒸養(yǎng)時(shí)溫度的升高使混凝土結(jié)構(gòu)的形成變得更快，但同時(shí)對(duì)其結(jié)構(gòu)造成了一定的損傷，由于在高溫條件下，水泥的水化速率加快，而水化產(chǎn)物擴(kuò)散速度不及水化速度，所以不能有效均勻的填充于水泥顆粒間隙，這就導(dǎo)致了水化產(chǎn)物分布不均勻，孔結(jié)構(gòu)變得粗糙，孔隙率也變的相對(duì)較大。這種較高的養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)混凝土抗氯離子性能產(chǎn)生的不利影響也確實(shí)得到了研究人員的驗(yàn)證。

同時(shí)，不同摻合料的摻入對(duì)蒸養(yǎng)混凝土的抗?jié)B性也有不一樣的影響。當(dāng)摻入適量的礦渣時(shí)能提高蒸養(yǎng)混凝土的抗?jié)B性，降低蒸養(yǎng)溫度熱效應(yīng)對(duì)混凝土產(chǎn)生的不良影響，且隨著礦渣摻量的增加，這種蒸養(yǎng)的熱效應(yīng)得到進(jìn)一步的弱化，這樣水化產(chǎn)物有足夠的時(shí)間均勻填充在水泥顆粒之間，混凝土的抗氯離子滲透性能也就得到了改善[8]。肖琳等人就粉煤灰—礦渣復(fù)合超細(xì)粉對(duì)蒸養(yǎng)混凝土的氯離子滲透性進(jìn)行了研究，得出對(duì)于摻加超細(xì)粉煤灰來(lái)說(shuō)，當(dāng)其比例在3∶7時(shí)，可起到較好的填充效果，與純水泥顆粒相比，水泥與超細(xì)粉煤灰混合后密實(shí)程度大大提高[9]。劉偉等人就粉煤灰對(duì)蒸養(yǎng)混凝土抗氯離子滲透性能做出了研究，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出：粉煤灰等量代替部分水泥后，能夠顯著提高蒸養(yǎng)混凝土的抗氯離子滲透能力。當(dāng)粉煤灰等量取代水泥的10%～30%時(shí)，不管是蒸養(yǎng)混凝土還是標(biāo)養(yǎng)混凝土，他們的氯離子擴(kuò)散電量比空白對(duì)照組降低了40%～70%。而當(dāng)粉煤灰的摻量在30%時(shí)，蒸養(yǎng)混凝土的抗氯離子滲透效果最佳。同時(shí)，水膠比也是影響蒸養(yǎng)混凝土抗氯離子滲透性能的一個(gè)重要原因。在粉煤灰與硅灰雙摻的情況下，當(dāng)水膠比降低時(shí)，蒸養(yǎng)混凝土與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土的6 h庫(kù)侖電量出現(xiàn)降低[10]。當(dāng)然，蒸養(yǎng)參數(shù)對(duì)蒸養(yǎng)混凝土的抗氯離子滲透也有較大的影響。彭波等人研究得出:靜養(yǎng)時(shí)間、升溫速度、恒溫時(shí)間對(duì)蒸養(yǎng)混凝土的抗氯離子滲透都有一定程度的影響[11]。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資也在不斷加大，我國(guó)對(duì)蒸養(yǎng)混凝土的需求越來(lái)越多，要求也越來(lái)越高，其發(fā)展前景非常廣闊。然而它也有許多不足之處，后期強(qiáng)度低、鈣礬石的延期出現(xiàn)以及抗?jié)B性差等一系列的問題給我們帶來(lái)了許多困擾。在生產(chǎn)過(guò)程中，我們不難發(fā)現(xiàn)礦物摻合料一直以來(lái)都是改善蒸養(yǎng)混凝土性能的重要因素之一。不同的摻合料對(duì)蒸養(yǎng)混凝土的性能有著不同的影響，同時(shí)，一些蒸養(yǎng)混凝土摻合料隨著其摻量的增加，還會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能產(chǎn)生不良影響。因此，對(duì)于蒸養(yǎng)混凝土摻合料的研究還有待深入。