養護溫度和濕度對長緩凝混凝土強度的影響

陳平

（天臺博豐混凝土有限公司，浙江 臺州 317200）

0 前言

建筑技術的發展離不開新材料技術的推動，隨著超長大體積混凝土結構工程的建設，對混凝土配制技術提出了更高的要求。大體積混凝土要求更低的水化放熱量、較低的溫升峰值以及更嚴格的養護條件，延長混凝土凝結時間成為了預防大體積混凝土開裂的常用手段[1]；通過控制外加劑中緩凝劑的用量或者外摻緩凝劑可以獲得緩凝時間 15h 以上的混凝土。對于地鐵咬合樁等[2]工程有時混凝土需要最長 72h 終凝時間，對混凝土工作性能和施工養護提出更高的要求。

混凝土工程質量不僅要求良好的混凝土工作性能，更重要的是混凝土交付工地后的養護措施，實際上往往比較重視前者，忽視甚至不進行養護，從而使得混凝土出現開裂、強度不足乃至混凝土耐久性下降等問題[3]。長緩凝混凝土強度發展相對緩慢，需要創造條件，加強混凝土后期養護，減少對早期混凝土擾動。溫度和濕度是對混凝土養護影響較大的兩個參數，二者均涉及到大氣環境和混凝土表里的溫度和水分交換，因此需要更多關注。本項目研究了養護溫度和濕度對長緩凝混凝土強度的影響，以期為相關應用提供理論和實際參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥采用海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用Ⅱ級灰，需水比為 98%，燒失量 3.5%；礦粉采用 S95 級礦粉，比表面積 435m2/kg。水泥的主要性能指標見表1，粉煤灰和礦粉的化學組成見表2。

表1 試驗用水泥的性能指標

表2 粉煤灰和礦粉的化學組成 %

（2）采用聚羧酸高性能減水劑（標準型），固含量為 15.6%，摻量根據實際確定。

（3）細骨料采用卵石機制砂，細度模數為 3.1，含粉量 9.0%；粗集料采用小石（5～10mm）和大石（10～5mm）按照一定比例使用，壓碎值 10.0%。

（4）試驗使用復合緩凝劑 R 調節混凝土凝結時間，其中 R 為白糖和普鈉按照一定比例復合而成。

1.2 試驗方法

（1）試驗復合緩凝劑 R 摻入混凝土（以膠凝材料百分比添加），從而獲得試驗目標混凝土凝結時間。

（2）按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行混凝土坍落度、擴展度和凝結時間測試。

（3）按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》成型 100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測定混凝土7d、28d 和 90d 的抗壓強度。

2 試驗結果及討論

2.1 緩凝劑用量對混凝土工作性能和凝結時間的影響

要求混凝土可模型好，能適應不同形狀的建筑結構，重要的就是混凝土具有良好的工作性能。加大緩凝用量可以降低水泥水化速率，使得水泥放熱峰扁平化，起到延峰、削峰的作用[4]，從而影響水泥塑性的保持，對混凝土保坍性能帶來影響。表3 和圖1 為添加不同比例緩凝劑后混凝土工作性能的測試結果。

圖1 緩凝劑摻量對混凝土凝結時間的影響

表3 結果顯示，緩凝劑摻量增加對混凝土初始坍落度和擴展度有一定的改善作用，這是因為緩凝劑能夠附著于水泥顆粒，降低水泥與自由水反應的勢能，從而改善混凝土流動性；同時緩凝劑的加入對水泥水化起到部分抑制作用，從而使得混凝土塑性得以保持，混凝土經時坍落度損失降低，甚至在緩凝劑摻量在 0.21% 和0.3% 時，混凝土坍落度相比初始有返大滯后現象，此時緩凝劑對水泥水化抑制作用較為明顯。

表3 不同緩凝時間對混凝土工作性能的影響

圖1 中隨著混凝土中緩凝劑用量增多，混凝土初凝和終凝時間延長，且緩凝劑用量增加，終凝和初凝時間的差值越大，這說明緩凝劑延長水泥水化進程，混凝土在緩凝劑過多時，形成水化產物的能力大幅降低，使得混凝土硬化變得困難。

2.2 養護溫度和濕度對長緩凝混凝土強度的影響

良好的養護對于混凝土工程強度發展和耐久性十分關鍵，其中養護溫度和濕度是養護制度的兩個關鍵參數。通過設置兩種溫度（20℃、35℃），兩種養護制度：室內干燥養護（相對濕度 50%±5%）和保濕養護（相對濕度≥90%）測試混凝土 7d、28d、90d 的抗壓強度。

從表4 結果可以看出，養護溫度和濕度無論對正常凝結混凝土還是長時間凝結混凝土來說都有較大影響。對于 12h 正常凝結混凝土，在相同養護溫度時，保濕養護能夠提升混凝土各齡期強度，而室內養護由于水分不足，混凝土內部與大氣存在水氣交換，混凝土內部水分通過內部孔隙蒸發，進一步增加了混凝土內部孔隙數量，使得混凝土強度降低。而提高養護溫度則受混凝土養護濕度影響，水分充足時，高溫養護可以提高混凝土7d 和 28d 抗壓強度，而 90d 抗壓強度低于 20℃ 保濕養護；干燥環境下，35℃ 溫度混凝土各齡期強度均低于20℃ 干燥養護。這是因為干燥環境下，升高溫度進一步加速混凝土內部水分散失，使得混凝土劣化加快。

表4 養護溫、濕度對混凝土抗壓強度的影響 MPa

對于長時間凝結混凝土而言，相同溫度下，充足的濕養護環境可促進混凝土內部有序水化反應的進行[5]，使得水化產物均勻分布，長期水化得以持續，混凝土28d 和 90d 抗壓強度得以提升，尤其對于 60h 凝結的混凝土，在長期水分補充下混凝土 90d 強度甚至超過 12h凝結混凝土 2.7MPa。而長時間凝結混凝土早期水化受到抑制，生成的水化產物較為分散，交聯性較弱，在水分持續散失時內部結構變得疏松、致密性下降，進而強度下降明顯。當水分充足，溫度提高可以加速混凝土內部水化反應進程，使得混凝土內部生成排列緊密、均勻分布的水化產物，混凝土強度得以持續增長，甚至超過正常凝結混凝土，而干燥環境下，提高養護溫度雖然使得混凝土 7d 抗壓強度稍有提高，但對于混凝土 28d 乃至 90d 抗壓強度發展極為不利。

3 結論

（1）緩凝劑用量適當增加有利于提高混凝土初始工作性能，同時混凝土經時保坍能力得到增強。

（2）緩凝劑摻量越高，混凝土凝結時間越長，初凝和終凝的時間差越大。

（3）相同養護溫度下，保濕養護通過提供充足的水分，可以使得長緩凝混凝土內部持續水化，混凝土后期強度得以增長，水分不足則會加速長緩凝混凝土內部結構劣化，混凝土強度下降明顯。在養護濕度充分時，適當提高養護溫度可以提高水泥水化速率，對混凝土強度發展有利。

（4）長緩凝混凝土施工過程中，需要保持一定的養護濕度和溫度，以確保混凝土強度的良性發展。