保濕養(yǎng)護(hù)膜法養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土收縮及強(qiáng)度影響的研究

王采成

（中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司 湖北十堰 442012）

1 研究背景

混凝土的水化作用需要適當(dāng)?shù)臏貪穸葪l件，為防止混凝土成型后受環(huán)境因素影響而出現(xiàn)不正常的收縮、裂縫、脫落等，需要對(duì)澆筑成型后的混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)［1］。合理的養(yǎng)護(hù)不僅可以保證混凝土的水化反應(yīng)，確保早期強(qiáng)度，而且對(duì)控制混凝土的早期失水開(kāi)裂、后期干燥收縮開(kāi)裂，以及溫度裂縫至關(guān)重要［2］。

1.1 混凝土的自然養(yǎng)護(hù)方法

混凝土的養(yǎng)護(hù)分為自然養(yǎng)護(hù)和蒸汽養(yǎng)護(hù)兩種養(yǎng)護(hù)方法，對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土，自然養(yǎng)護(hù)通常采用養(yǎng)護(hù)劑、覆蓋（草簾、土工布或薄膜等）+灑水、節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜等方法養(yǎng)護(hù)［3-4］。

1.1.1 養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)是將過(guò)氯乙烯樹(shù)脂料溶液用噴槍噴涂在混凝土表面上，溶液揮發(fā)后在混凝土表面形成一層塑料薄膜，將混凝土與空氣隔絕，阻止其中水分的蒸發(fā)以保證水化作用的正常進(jìn)行［5-6］。特別適用于不易灑水養(yǎng)護(hù)的異型或大面積混凝土結(jié)構(gòu)。

1.1.2 覆蓋（草簾、土工布或薄膜等）+灑水養(yǎng)護(hù)

混凝土去除表面覆蓋物或拆模后，在混凝土表面處于潮濕狀態(tài)時(shí)，采用草簾、土工布、塑料薄膜等材料將暴露面混凝土覆蓋或包裹，并定時(shí)灑水保濕養(yǎng)護(hù)。包覆期間，包覆物應(yīng)完好無(wú)損，彼此搭接完整，內(nèi)表面應(yīng)具有凝結(jié)水珠。有條件地段應(yīng)盡量延長(zhǎng)混凝土的包覆保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間［7-9］。

1.1.3 節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)

節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜是新發(fā)展起來(lái)的一種養(yǎng)護(hù)材料，節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜由不透氣塑料薄膜面層、親水性微孔無(wú)紡布底層和可控儲(chǔ)（釋）水高分子材料中間層組成。養(yǎng)護(hù)時(shí)進(jìn)行一次灑水，首先使養(yǎng)護(hù)膜中的高分子材料吸收儲(chǔ)存大量水，然后在不透氣面層的存在下，阻隔了水分向外界傳輸，保證了養(yǎng)護(hù)期間無(wú)需再次補(bǔ)水，最后高分子材料中吸收儲(chǔ)存的水通過(guò)親水性底層向混凝土緩慢釋放水，使混凝土始終處于濕養(yǎng)護(hù)狀態(tài)下。

1.2 各種養(yǎng)護(hù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.1 養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.1.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）操作簡(jiǎn)單，施工方便；

（2）節(jié)約用水，節(jié)省人工；

（3）特別適用于干旱缺水地區(qū)混凝土養(yǎng)護(hù)，以及難以灑水養(yǎng)護(hù)的異形混凝土構(gòu)件［10］。

1.2.1.2 缺點(diǎn)

（1）很難保證噴灑的均勻性，易漏噴；

（2）養(yǎng)護(hù)劑只能起到密封作用，不能額外補(bǔ)水，很難實(shí)現(xiàn)真正的保濕養(yǎng)護(hù)；

（3）有的養(yǎng)護(hù)劑薄膜在養(yǎng)護(hù)完成后不會(huì)自行老化脫落，需要粉刷的混凝土表面要進(jìn)行清理；

（4）在夏季，薄膜成型后要采取防曬措施，否則易產(chǎn)生裂紋［11］；

（5）養(yǎng)護(hù)劑無(wú)法實(shí)現(xiàn)保溫養(yǎng)護(hù)；

（6）不能重復(fù)使用，使用成本較高。

1.2.2 覆蓋+灑水養(yǎng)護(hù)優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）操作簡(jiǎn)單、施工方便；（2）覆蓋材料可以重復(fù)使用。

1.2.2.2 缺點(diǎn)

（1）需要大量的人力和淡水來(lái)保持覆蓋物處于濕潤(rùn)狀態(tài)，在嚴(yán)重缺水的地區(qū)要考慮養(yǎng)護(hù)用水的供應(yīng)問(wèn)題；

（2）當(dāng)灑水養(yǎng)護(hù)的頻次和水量得不到保證時(shí)，會(huì)形成干濕循環(huán)，引起混凝土收縮開(kāi)裂，嚴(yán)重降低混凝土表面性能；

（3）適用范圍有限，對(duì)于立面、異形面等非平面結(jié)構(gòu)覆蓋保濕比較困難，需增加灑水養(yǎng)護(hù)次數(shù)；（4）消耗較多人工、設(shè)備和水；（5）薄膜易破損。

1.2.3 節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.3.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）操作簡(jiǎn)單、施工方便；

（2）節(jié)約用水，大量減少養(yǎng)護(hù)水量；

（3）節(jié)省人工、設(shè)備；

（4）部分產(chǎn)品可重復(fù)使用；

（5）早期混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較快；

（6）混凝土保溫、保濕狀態(tài)良好，有效減少了收縮裂紋；

（7）適用于干旱缺水地區(qū)混凝土養(yǎng)護(hù)。

1.2.3.2 缺點(diǎn)

（1）一次攤銷成本較高，部分型號(hào)產(chǎn)品重復(fù)使用后可降低成本；

（2）混凝土面如有后續(xù)工序需沖洗清理保濕結(jié)晶體。

2 試驗(yàn)部分

2.1 原材料與配合比

水泥：金隅P.O42.5水泥；粉煤灰：普通Ⅰ級(jí)；礦粉：S95級(jí)粒化高爐礦渣粉；細(xì)骨料：河沙，細(xì)度模數(shù)為2.45；粗骨料：江蘇鎮(zhèn)江5～25 mm連續(xù)級(jí)配玄武巖碎石。

混凝土配合比：制備C50混凝土試件，配合比見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比 kg／m3

2.2 不同養(yǎng)護(hù)方法混凝土性能試驗(yàn)

2.2.1 混凝土試件制作

2.2.1.1 混凝土收縮率試件制作

按照表1的配合比成型100 mm×100 mm×515 mm的混凝土試件，共4組試件，每組3個(gè)試件。

2.2.1.2 混凝土強(qiáng)度試件制作

按照表1的配合比成型150 mm×150 mm×150mm的混凝土試件，共12組試件，每組3個(gè)試件。

2.2.2 混凝土試件養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)：1組收縮率試件和3組強(qiáng)度試件拆模后立即包覆已預(yù)先飽和吸水的節(jié)水保濕養(yǎng)護(hù)膜（以下簡(jiǎn)稱為養(yǎng)護(hù)膜），膠帶封邊，置于20℃環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

覆蓋灑水自然養(yǎng)護(hù)：將1組收縮率試件和3組強(qiáng)度試件置于20℃環(huán)境中進(jìn)行覆蓋土工布+灑水養(yǎng)護(hù)。

標(biāo)養(yǎng)：將1組收縮率試件和3組強(qiáng)度試件放置在標(biāo)養(yǎng)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)室溫度控制在（20±2）℃范圍，相對(duì)濕度在95%以上。

密封養(yǎng)護(hù)：將1組收縮率試件和3組強(qiáng)度試件抹平壓光表面無(wú)水后噴灑混凝土養(yǎng)護(hù)劑，置于20℃環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.2.3 性能測(cè)試

2.2.3.1 混凝土收縮率

按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 50082-2009）測(cè)試不同齡期的收縮率，測(cè)試情況見(jiàn)圖1。

圖1 不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的收縮

從圖1可以看出，覆蓋+灑水條件下的混凝土收縮量最大，塑料膜密封條件下的次之，標(biāo)養(yǎng)與養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土收縮量較小。其中采用養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的混凝土收縮微應(yīng)變甚至低于標(biāo)養(yǎng)條件下的混凝土收縮微應(yīng)變。在溫度基本一致情況下，養(yǎng)護(hù)環(huán)境濕度有較大不同，養(yǎng)護(hù)膜可以提供與標(biāo)養(yǎng)相同甚至優(yōu)于標(biāo)養(yǎng)的濕養(yǎng)環(huán)境，抑制了混凝土的早期收縮。

2.2.3.2 混凝土強(qiáng)度

按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 50082-2009）測(cè)試不同齡期的抗壓強(qiáng)度。不同齡期試件抗壓強(qiáng)度及與設(shè)計(jì)強(qiáng)度比較分別見(jiàn)表2、表3。

表2 不同齡期試件抗壓強(qiáng)度值

表3 不同齡期試件強(qiáng)度與設(shè)計(jì)強(qiáng)度比值

從圖2可以看出，不同養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土在早期7 d的齡期時(shí)，養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度最高，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的92%，說(shuō)明具有提高早期強(qiáng)度作用；28 d齡期時(shí)，養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度發(fā)展最快，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的124%；從28 d至56 d，各組試件強(qiáng)度緩慢增長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度在56 d時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的126%。每段齡期，養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)的試件的強(qiáng)度都略高于標(biāo)養(yǎng)試件，都為最高值。說(shuō)明養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)能提高早期混凝土強(qiáng)度，對(duì)混凝土的最終強(qiáng)度也有較大提高［12］。

圖2 不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的強(qiáng)度發(fā)展

3 養(yǎng)護(hù)膜現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試

3.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在商合杭高鐵某標(biāo)段，對(duì)軌道底座板進(jìn)行養(yǎng)護(hù)膜的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。步驟如下：

清理：用掃帚清掃底座板表面浮漿和碎石，保證表面無(wú)污物。

灑水：先將底座板的凹槽中灌滿水，然后一邊灑水一邊鋪展養(yǎng)護(hù)膜，使膜充分吸水，膜內(nèi)高分子材料呈連續(xù)的凝膠狀。

鋪設(shè)：根據(jù)底座板尺寸（寬2.9 m，高0.3 m），將3卷1.5 m寬的養(yǎng)護(hù)膜依次在底座板一端排開(kāi)，搭接兩處，每處寬25 cm，兩側(cè)各預(yù)留25 cm。

壓沙袋：為防止養(yǎng)護(hù)期間養(yǎng)護(hù)膜被風(fēng)吹起，影響?zhàn)B護(hù)質(zhì)量，采用砂袋壓在搭接處以及側(cè)壁預(yù)留的養(yǎng)護(hù)膜上。

養(yǎng)護(hù)：連續(xù)養(yǎng)護(hù)14 d，無(wú)需再次澆水。連續(xù)觀察，并測(cè)試內(nèi)部溫度、濕度。

如圖3所示，14 d養(yǎng)護(hù)期間內(nèi)，養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)可保證混凝土的內(nèi)部濕潤(rùn)。

圖3 養(yǎng)護(hù)膜貼覆狀態(tài)

3.2 養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)部濕度、溫度測(cè)試

養(yǎng)護(hù)期間內(nèi)，定期測(cè)試養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)的溫度、濕度，結(jié)果見(jiàn)表4。如表4可知，養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)溫度、濕度均高于環(huán)境中的溫度和濕度，養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)濕度均高于90%。此外，隨著環(huán)境溫度的升高，膜內(nèi)的溫度、濕度會(huì)隨之升高。

表4 養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)溫濕度

4 結(jié)論

（1）采用養(yǎng)護(hù)膜對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，可以有效降低混凝土的收縮，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的效果。

（2）養(yǎng)護(hù)膜對(duì)混凝土的強(qiáng)度發(fā)展速度有不同影響，早期能較快提高早期強(qiáng)度，后期最終強(qiáng)度也高于標(biāo)養(yǎng)等養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土。

（3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，養(yǎng)護(hù)膜施工簡(jiǎn)單，只需一次灑水便可完成14 d的養(yǎng)護(hù)，相較于傳統(tǒng)覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)方式，可節(jié)省大量養(yǎng)護(hù)用水和勞力設(shè)備。同時(shí)，養(yǎng)護(hù)膜內(nèi)溫度比環(huán)境溫度有一定提高，濕度比環(huán)境濕度有較大提高，對(duì)混凝土強(qiáng)度提高有非常大的促進(jìn)作用。

（4）采用養(yǎng)護(hù)膜養(yǎng)護(hù)混凝土工藝對(duì)混凝土收縮控制、整個(gè)齡期強(qiáng)度提高有顯著的作用，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。