低溫養護下納米混凝土抗壓強度試驗研究

夏百惠 張晏 陳志捷 楊碩 楊錳 張克啟

摘?要：試驗分別研究了低溫（3℃）、常溫（20℃）、常溫轉低溫，低溫轉常溫在不同齡期（3d、7d、14d、28d）養護條件下納米材料對混凝土抗壓強度的影響規律，結合北方冬期施工條件，對低溫下納米混凝土抗壓強度結果進行分析，試驗結果表明，摻加納米的混凝土抗壓強度比普通混凝土的高，隨著養護齡期的增加，混凝土的強度不斷提高。納米材料的摻入可提高混凝土抗壓強度，確定了低溫養護下納米混凝土抗壓強度隨齡期變化的增長規律。

關鍵詞：納米;養護;抗壓強度;恒溫;變溫

混凝土作為一種主要的建筑材料，廣泛應用于各類建筑中，其強度和耐久性是混凝土力學性能中最重要的特性。基礎設施建設的快速發展使混凝土材料的應用范圍越來越廣，也推動了混凝土材料的高耐久性、高強度、可持續發展等方面的應用。我國幅員遼闊，南北溫差很大，北方大部分地區進入冬期時間較早且持續時間長，為了能盡早完工，需在冬期進行施工建設，但由于混凝土在低溫條件下抗壓強度低，因此限制了我國北方冬季施工，且混凝土結構在冬期施工中容易出現強度不足、裂縫過多等質量隱患，進而影響建筑物的安全性及耐久性。目前在混凝土冬期施工中，為了防止混凝土早期凝固時被凍壞，保證其后期強度，會在施工和養護期間采取一些措施，如蓄熱法、外部加熱法等加熱原材料的方法，預留施工縫用特殊材料進行填補的方法以及摻加外加劑等，但這些措施不僅會增加施工難度，延緩施工進度，同時也會改變混凝土的一些性能，影響工程質量。

國內外眾多實驗結果表明，納米材料能夠顯著提高混凝土的力學性能及耐久性。周勝波等[1]發現納米二氧化硅能在一定程度上改善機制砂混凝土抗壓強度，對混凝土抗凍性能改善作用顯著;蔣方聽等[2]認為試件在不同養護齡期和不同納米二氧化硅摻量的條件下，水泥混凝土改性效果不同;苗生龍等[3]發現納米CaCO3的添加改善了混凝土的基體結構，減少了內部缺陷，使混凝土密實度增加，提高了混凝土的抗壓強度和耐高溫性能。也有學者對混凝土低溫條件下的各項性能做了相關研究。張潤瀟等[4]研究了恒定低溫養護情況下，混凝土早期抗壓與抗拉強度的增長規律，發現養護溫度與齡期對混凝土增長強度有著非常重要的影響;張杰[5]進行了低溫環境下預拌混凝土試驗，認為必須根據現場實際情況采取切實可行的技術措施來提高低溫環境下混凝土工程的施工質量。然而，關于納米混凝土在低溫條件下強度變化規律的研究還較少。本試驗結合寒冷地區混凝土冬季施工條件，研究低溫養護（020℃）對納米混凝土抗壓強度增長的影響規律，系統地介紹低溫環境下納米混凝土的制備和試驗過程，且對試驗結果進行系統全面的分析研究，以期對納米混凝土在寒冷地區的廣泛應用提供一定的參考價值。

1?試驗設計

1.1?試驗原材料

水泥采用遼寧省鞍山市某廠家生產的P.0?42.5級硅酸鹽水泥;拌合水采用實驗室的普通自來水;細集料為中砂，細度模數為2.73;粗集料為玄武巖碎石，粒徑大小為5～20mm;減水劑為聚羧酸高性能減水劑（Q8081PCA），減水率為25%;納米材料采用二氧化硅（CAS號：7631869）。

1.2?試驗方案

1.2.1?配合比

試驗采用兩種配合比混凝土，如表1所示。

1.2.2?試驗過程

試驗過程參照GB/T?500802016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB?501192013《混凝土外加劑應用技術規范》、GB?510812015《低溫環境混凝土應用技術規范》和JTG?E302005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》進行。

2?試驗結果與分析

2.1?恒溫條件下納米材料對混凝土抗壓強度的影響

混凝土的強度增長速度是一個由快到慢的過程，由于反應物的量是一定的，故混凝土后期強度發展有一個極值。對比圖1中不同溫度條件下養護齡期與抗壓強度的關系，可以看出，納米混凝土與普通混凝土在恒溫養護條件下，養護齡期分別為3天、7天、14天和28天時對應的強度值不同。在3℃和20℃養護七天的普通混凝土抗壓強度分別為17.6MPa和28.0MPa，而納米試件在相同養護條件下的強度分別為25.2MPa、34.9MPa;與普通混凝土強度相比分別提高了432%和24.6%;而在養護齡期為28天的條件下3℃和20℃養護的普通混凝土強度分別為34.1MPa、47.9MPa，納米混凝土試件的強度分別為43.3MPa、54.3MPa，強度分別提高了27.0%和13.4%。

綜合以上數據可以得出，在同齡期情況下，納米材料的摻入對混凝土的抗壓強度具有顯著提升效果，這是因為對于混凝土而言，摻入納米材料可以很好地填充骨料間的空隙，從而提高了混凝土的密實度。而隨著養護齡期的增長與溫度的提高，納米混凝土與普通混凝土試件的強度均普遍提高，并且養護時間越長，養護溫度越高，混凝土抗壓強度越高。

2.2?變溫條件下納米材料對混凝土抗壓強度的影響

可以發現，變溫條件下，養護溫度和養護時間相同的條件下，納米混凝土的抗壓強度均高于普通混凝土的強度。普通混凝土和納米混凝土試件在20℃條件下養護3天后轉到3℃條件下養護，測得的抗壓強度分別為372MPa和40.3MPa;養護7天后變溫，抗壓強度達到424MPa和44.5MPa，與3天后變溫的強度相比，分別提高140%和10.4%;養護14天后變溫，抗壓強度分別提高185%和20.6%;20℃條件下養護28天，抗壓強度分別提高28.8%和34.7%。說明變溫條件下，當養護溫度相同時，常溫養護時間越長，普通混凝土和納米混凝土的抗壓強度越高。