低濕高溫養護環境對水工混凝土的影響研究

馮寶君

(葫蘆島市綏中縣水利建筑工程公司，遼寧 葫蘆島 125200)

0 引 言

實踐表明，養護條件、澆筑成型方法、配合比設計、原材料等因素均會影響混凝土質量，其中風速、濕度及溫度等養護條件在很大程度上決定了混凝土的性能[1-4]。國內外學者研究養護方法時主要是控制濕度、溫度等單一變量探討不同因素對混凝土的影響，如Verbeck等提出高溫環境中能夠形成一層覆蓋于水泥顆粒表層的水膜，抑制水分向內部的遷移，這在一定程度上降低了后期水泥水化程度；Basham等指出高溫養護使得早期混凝土強度快速增長，但隨著時間的推移強度增長率明顯下降[5-6]。

混凝土養護的主要控制因素有風速、濕度及溫度等，考慮到自然環境的隨機性和復雜性特征，這些因素交互作用在不同程度上影響著混凝土性能[7-8]。目前，關于多因素綜合作用下的混凝土強度和耐久性評價研究還鮮有報道。鑒于此，文章通過試驗研究探討了低濕高溫養護對混凝土力學性能及其耐久性的影響。

1 研究方法

1.1 原材料

1)水泥：試驗選用“渤海牌”、“烽火牌”P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，各項性能均達到標準要求，檢測結果見表1。

表1 水泥性能檢測結果

2)粉煤灰：綏中發電有限責任公司生產的Ⅱ級粉煤灰，經試驗檢測各指標達到Ⅱ級標準要求，結果見表2。

3)粗、細骨料：綏中縣中游范家鄉趙家店甸村區狗河的天然粗細骨料，經檢測粗細骨料各項指標均達到標準要求，見表3。

表2 粉煤灰性能

表3 河砂、卵石試驗檢測結果

4)外加劑：所選用的外加劑具有減水、引氣、緩凝、抗裂等功能，外加劑為引氣減水劑，經檢測各項指標均達到標準要求，試驗結果見表4。

表4 外加劑試驗檢測結果

1.2 試驗方法

根據試驗目的和設計規范確定試驗配合比，見表5。試驗設計自然和標準兩種養護條件，其中自然養護下的濕度、溫度見表6，標準養護下的相對濕度≥95%、控制溫度(20±2)℃。然后依據《水工混凝土試驗規程》規定的方法配置、拌合、成型混凝土試件，并測定各組試件的抗凍、抗滲、極限拉伸值、軸拉強度和抗壓強度等性能。

表5 試驗配合比

表6 自然養護(低濕高溫)環境

2 結果與分析

2.1 混凝土強度

試驗檢測混凝土軸拉強度和抗壓強度，見表7。由表7可知，自然養護(低濕高溫)濕度低于標準養護要求且溫度明顯高于標準條件，早期混凝土強度快速增長，較標準養護條件下3d、7d早期抗壓強度自然養護的同齡期抗壓強度較高，隨著時間的推移后期強度增長放緩，28d標準養護和自然養護抗壓強度基本相同，但標準養護的60d抗壓強度要高于自然養護，由此表明混凝土后期強度發展在一定程度上受到低濕高溫自然養護環境的限制。

骨料與水泥漿的膠結能力及水泥漿的抗拉能力組成了混凝土的軸拉強度，該數值反映了混凝土抵抗約束變形能力，拉壓比可用于衡量混凝土的韌性。從表6可以看出，標準養護的混凝土28d軸拉強度均高于自然養護。混凝土塌落度較小時，低濕高溫養護下的混凝土拉壓略低于標準養護試件，而混凝土塌落度較大時則明顯低于標準養護時間，這表明加強養護有利于提高混凝土尤其是大塌落度混凝土的韌性。

2.2 極限拉伸值

極限拉伸值是指混凝土軸心受拉時的最大拉伸應變，該數值越大則其抵抗開裂的能力就越強，試驗檢測值見表8。由表8可知，隨養護齡期的增加混凝土極限拉伸值不斷增大；在其它條件相同時自然養護<標準養護的極限拉伸值，由此表明低濕養護環境在一定程度上降低了混凝土抵抗開裂的能力，其耐久性有所下降[9-11]。

表7 混凝土軸拉、抗壓強度和拉壓比

表8 極限拉伸值

2.3 抗滲性與抗凍性

實踐表明，侵蝕性介質或水分的侵入是造成混凝土耐久性變差、質量劣化的重要因素，抗滲性反映了混凝土抵抗壓力水滲透的性能，故被認為耐久性評價的重要參數。運行過程中，我國華北、西北和東北地區水工建筑物面臨著不同程度的凍融破壞作用，對于渡槽、水閘等水工構筑物凍融破壞問題更為普遍，研究混凝土抗凍性對于改善其耐久性具有重要意義。混凝土抗滲性和抗凍性試驗檢測見表8[12-14]。

表8 抗滲、抗凍試驗結果

由表8可知，低濕高溫自然養護下的混凝土滲透系數明顯高于標準養護試件，自然養護的滲透等級較低；對比分析S-1、S-2、S-3試驗結果，結果顯示混凝土強度等級越低則自然養護對抗滲性影響越大。自然養護下的抗凍等級(F200)低于標準養護(F250)，結合不同凍融循環作用下的抗壓和劈裂強度保留值，混凝土強度隨凍融循環次數的增加明顯下降[9-14]。例如，自然養護下凍融循環達到200次時，S-1、S-2、S3試件從67.0MPa、39.6MPa、29.0MPa快速減小到19.8MPa、15.0MPa、9.6MPa，僅為初始強度的29.6%、37.9%、33.1%；標準養護下凍融循環達到200次時，S-1、S-2、S3試件從67.5MPa、68.5MPa、31.1MPa快速減小到44.0MPa、29.7MPa、14.1MPa，僅為初始強度的65.2%、77.1%、45.3%。總體而言，低濕高溫自然養護降低了混凝土抗凍等級，增大了混凝土凍融破壞后的劈拉強度和抗壓強度損失。

3 結 論

1)低濕高溫自然養護與標準養護相比，混凝土早期強度快速增長，但后期軸拉與抗壓強度均<標準養護試件；混凝土特別是大坍落度混凝土韌性受養護條件的影響顯著，大塌落度混凝土在標準養護下的韌性明顯高于同齡期自然養護條件。

2)標準養護下的各齡期混凝土極限拉伸值均高于自然養護，并且其抗凍等級、抗滲等級均高于自然養護，表明加強養護有利于改善混凝土耐久性。此外，混凝土強度等級越低則自然養護對抗滲性影響越大。

3)凍融破壞在不同程度上降低了混凝土的劈拉和抗壓強度，凍融次數越大則混凝土強度下降越明顯；低濕高溫自然養護降低了混凝土抗凍等級，增大了混凝土凍融破壞后的劈拉強度和抗壓強度損失。