高原地区环境及养护条件对混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 6年 第 1期 1 月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI N A C0NC RE T E AND CE ME NT P ROD UC T S 2 01 6 No 1 J a n u r a r y 高原地区环境及养护条件对混凝土性能的影响 纳启财 ( 长 安大学 ， 西安 7 1 0 0 6 4 ) 摘要 ： 高原地 区独特 的低温 、 大温差、 低湿度的典型环 境特征会 对当地混凝土结构带来较大的不利影 响。 本 文 研 究了高原 地区不同月份 的环境下 自然养护对混凝 土力学性 能、 耐久性能 的影响 同时结合 实际情 况， 研 究 了不 同 养护方式下温湿度 以及早期养护持续时间对混凝土性 能的影响规律 可为 高原地 区的3 -_ 程 建设提供一 定的理论 指 导及参 考。 关键词 ： 高原环境 ； 混凝 土； 养护； 力学性能 ； 耐久性 Ab s t r a c t ：T h e t y p i c a l e n v i r o n me n t a l c h a r a c t e r i s t i c s i n p l a t e a u s u c h a s l o w t e mp e r a t u r e ， l a r g e t e mp e r a t u r e d i ff e r e n c e a n d l o w h u mi d i t y c a n c a u s e a d v e r s e e f f e c t s t o t h e c o n c r e t e s t r u c t u r e T h e i mp a c t s o f n a t u r a l c u ri n g o f d i f f e r e n t mo n t h s i n p l a t e a u o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d d u r a b l e p r o p e rt i e s o f c o n c r e t e a r e r e s e a r c h e d i n t h i s p a p e r Mo r e o v e r ， t h e i n fl u e n c e s o f t e mp e r a t u r e ，h u mi d i t y a n d t h e d u r a t i o n o f e a r l y c u ri n g o n c o n c r e t e p e r f o r ma n c e s i n d i f f e r e n t c u ri n g mo d e a r e s t u d i e d ， wh i c h p r o v i d e s a t h e o r e t i c a l g u i d a n c e a n d r e f e r e n c e f o r t h e c o n s t ruc t i o n i n t h e p l a t e a u r e g i o n Ke y wo r d s ： P l a t e a u e n v i r o n me n t ； C o n c r e t e ； C u rin g ； Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ； D u r a b i l i t y 中 图分 类号 ： TU5 2 8 0 1 文献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 6) 0 1 1 0 0 4 0前 言 青藏 高原地 区具有典型 的环境特征 ：如海拔 高、 太阳辐射强烈 、 气温差异大 、 温度低 、 湿度低 、 蒸 发量大、 气压低 、 多灾害性天气等。随着我国西部开 发战略的实施 。越来越多 的重要工程 正在不 断建 设 ， 而混凝土作为工程建设领域最 为重要的原材料 之一 ， 研究高原地区独特的气候特征对其性能 的影 响显 得尤 为重要 外部环境对 于混凝土性能有着极大的影响 ， 尤 其是温度和湿度 ， 而高原地区低温 、 低湿度 、 大温差 的环境特征对混凝 土来说将直接影响其力学性能 和耐久性 。在这种气候条件下 ， 混凝土很容易 由于 耐候性 、 施工 不当或忽略养护工作 ， 造成使用 寿命 严重缩短【 l 1 。考虑到高原地区海拔差异较大 ， 本文选 择青海省海南藏族 自治州河卡山地区为依托 ， 海拔 约 3 0 0 0 3 5 0 0 m。以 C 5 0混凝土作为研究对象开展 研究 。 1 混 凝土 用原材 料及 配合 比 本文混凝土所用原材料都取 自于青海当地 ， 水 泥采用青海某公司产 P 5 2 5级水泥 ， 2 8 d胶砂抗 压 强度 5 7 8 MP a ， 标准 稠 度用 水 量 2 7 8 ： 粗 骨料 为 5 2 0 mm连续级配 的碎石 ，表观密度 2 6 9 0 k m ， 含 泥量 0 5 ， 空隙率 4 5 6 ， 吸水率 0 4 ； 细骨料 为 河砂 ，细度模数 2 9 ，表观密度 2 6 6 0 k g m。 ，含泥量 1 2 ； 粉煤灰为甘肃某电厂产 I 级灰 ， 烧失量 2 6 ， 细度 7 5 ； 减 水剂 为西 宁某 公 司产 聚羧 酸高 性能 减 水剂 ， 掺量 1 2 ， 减水率为 2 7 6 。 所用 C 5 0混凝土 配合 比见表 l 。 2 高原环境对混凝土性能的影响 2 1 高原特殊环境下混凝土力学性能 高原地区的不 同月份温度变化很大 。 如本文依 托工程的所处地区 7月份平均最高气温可达 3 0 ， 平均最低气温 1 0 ； 9月份平均最高气温 2 3 ， 平 均最低气温 4 ： 1 1 月份平均最高气温 1 7 ，平均 最低气温一 5 。 空气湿度在 3 5 一 4 5 之间。 因此 ， 不 同 月份 较 大 的温 度 变 化会 给 自然养 护 的 混凝 土 带 来强度上的差异 ， 本文在不同月份制备 了 C 5 0 昆凝 土试件 ， 在不同养护条件下测试 其不 同龄期 的抗压 强度 ， 研究高原地区不 同月份 自然养护 以及标准养 护对 混凝 土力 学性 能的影 响 ， 结 果见 表 2和 图 1 。 表 1 C 5 0混凝土配合 比 一 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 纳启财 高原地区环境及养护条件对混凝土性能的影响 表 2 高原 地区不同月份 自然养护及标准养护对混凝土 力 学性 能的影响 注 ：括号 中数字为不 同龄期抗压强 度与 2 8 d抗压 强度的 比值 。 O 1 0 2 0 3 0 4 0 5 O 6 O 龄期， d 图 1 养 护对 高原地区混凝土强度的影响 从表 2及 图 1可以看 到 。相 比标 准养护条件 ， 高原地 区采取 自然 养护对混凝 土的力学性能影 响 是很大的，其 中气候条件较好的 7月份混凝土 2 8 d 强度较标准养护便 降低 了 3 1 1 仅为 4 6 9 MP a 。 可 见环境湿度对于混凝土早期强度发展的重要性。随 着气温的降低 ，混凝土的强度也降低 ， 1 1月份混凝 土 2 8 d强度仅为 4 O 2 MP a ， 未达到设计要求。 此外 ， 采取 自然养护 的混凝土后期强度增长较 慢 ， 如表 2所示 ， 标准养护条 件下 ， 混凝土 试件 3 d 强 度 达 到 了 2 8 d强度 的 6 5 4 7 d强度 达 到 了 2 8 d 强度 的 8 3 3 ，相 比之下采取 自然养 护的混凝 土 3 d 、 7 d抗压强度可分别达到 2 8 d强度的 8 O 及 9 0 左右。这是由于水化初期混凝土 内部仍有较多的自 由水 ， 因而早期水化速度较快 ， 强度能够较快形成 ， 但是随着龄期的增加 ，由于外部空气 湿度过低 混 凝 土表面水分快速蒸发 ， 使得混凝土水化速度大大 降低 ， 因而 7 d以后强度增长缓慢 。但是后期若采取 一 定的养护措施 ， 混凝土 的强度仍会有一定空间的 增加 。 2 2 高原环境下的混凝土耐久性 表 3是高原地 区不 同月份 自然养护 以及标 准 养护条件对混凝 土耐久性 能的影响 ， 主要考察指标 高原地 区不 同月份 自然养护及标 准养护对混凝土 耐久性能 的影响 混 凝 土耐 久 性 不同养生条件 2 8 d电通量 3 0 0次冻融循环后相 C 对 动弹性模量 2 5 0 0 2 0 0 0 U 1 5 0 0 删 1 0 00 5 o 0 O 7月份 9月份 1 1月份标 准养护 不同养护方 式 图 2 养护对高原地区混凝土抗渗性的影响 是混凝 土的抗 渗性 及抗 冻性 。 由表 3及 图 2可 以看到 ， 相 比标准养护 ， 高原 地 区的 自然养护条件对混凝土的耐久性能影响是 很 大 的 。标 准 养 护 条 件 下 混 凝 土 2 8 d电通 量 为 8 5 0 C。 7月 、 9月份时混凝土电通量相 比标准养护提 高了将近一倍 ， 而 1 1 月份更是达到 2 5 6 6 C， 这可能 是 由于 1 1月份青海高原地区湿度低 、 温差大 、 夜间 温度较低 ， 混凝 土早期易受冻 从而导致 内部结构 受到较大的损伤。而从混凝土经受 3 0 0次冻融循环 后相对动弹性模量也可 以得到类似的规律 。由此可 见 ， 对 于高原地区的混凝 土结构 ， 仅采用 自然养护 对 混凝 土 的 耐久 性 能影 响较 大 。有 研 究 表 明2 - 3 1 ， 干 燥 大 温 差 环 境 下 ， 混 凝 土 的孔 结 构 发 生 劣 化 ， 孔 隙 率和孔隙体积显著升高 平均孔径 和临界孑 L 径增 大 ，此外还会降低混凝土 内骨料和浆体的黏结性 能 ， 产生 明显的微裂缝 。由此可见 ， 高原地区的特殊 环境加剧 了冻融循环对混凝土 的破坏作用 孔隙 中 的水 分 结 冰膨 胀更 易导 致混 凝 土 胀裂 ， 混凝 土 的耐 久性能势必会降低 。 李雪 峰 等人研究表 明 ， 高原地区 由于低压原 因， 当环境 气压降低 至 5 0 k P a时 ， 混凝 土含气量较 常压情况下会降低约 2 0 4 9 ， 而这也将直接影响 到混凝土的抗冻性能。加上上述外部气候环境对于 一 1 1一 B d 善 馥 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 6年第 1 期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 7期 混凝土抗冻性能的不利影响 ， 因此高原地区的混凝 土容 易受 到冻融循环 的破坏 必 须从混凝土 配合 比、早期养护以及含气量的控制等角度综合考虑 保证混凝土的抗冻性能。 2 3 阴阳 面对混凝 土性 能差 异 的影 响 高原地 区还有一个典 型的气 候特征是阴阳面 温差 ， 如对于桥梁结构 ， 其 阴面处气 温往往 比阳面 低 l O 甚至更高 阴阳面的温差往往也会带来两面 混凝土早期水化程度不同而带来性能的差异 。本文 主要通过不同时间浇筑的混凝土结构 ， 对其阴阳面 进行 回弹法测试强度 ，通过大量数据 比较其差异 ， 具体数据见表 4 。 表 4不 同 月份 高 原地 区 阴 阳面 结 构 混 凝 土强 度 从表 4可 以看到 ， 7月份混凝土结构阴阳面强 度 基 本 没 有 区别 这 是 由于 7月 份 时 气 温 相 对 较 高 ， 阴面的平均气温基本也能达到 1 5 C 左右 ； 而随 着温度 的降低 ， 到 9月份 ， 阴阳面强度差距有所增 加 ， 阴面较阳面低了 3 7 ： 1 1月份 阴面较 阳面则 降 低 了 8 9 。可见随着气温的降低 ， 高原地 区混凝土 结构阴阳面的强度差距逐渐增加 ， 但是总体来看差 别不大。由此可见 ， 温度相差在一定范围内， 而湿度 相 近 的情况 下 ， 混凝 土强度 几乎 不会 受到影 响 。 3 高 原环境 下 养护对 混凝 土性 能的 影响 3 1 不 同养护方法对高原混凝土性能的影响 不 同 的养 护 方 法 会 影 响 到 混 凝 土 结 构 所 处 环 境 的温湿度 。 因此本文将模拟高原地区常用的混凝 土 养护 方 式 ，监 测不 同养 护 方式 下 的环境 温 湿 度 ， 研 究 高 原 地 区混凝 土 养 护 的温 湿 度 对 其 性 能 的影 响。本次试验主要在所依托工程的九月份进行。 从 表 5可以看到 ， 自然养护条件下环境 的温湿 度分别为 1 3 和 3 8 。当养护湿度不变( 4 0 ) ， 温 度由 1 6 c I 二 分别提高到 2 5 和 3 5 时， 混凝土 2 8 d强 度 分 别 提 高 7 1 和 1 0 5 ；而 养 护 温 度 不 变 ( 1 6 ) ， 湿度 由 4 O 提 高到 6 5 和 8 5 时 ， 混凝土 的强度提升更为明显 ，分别提高 了 1 5 6 和 2 5 9 ( 如 图 3所示 ) 。由此 可见 ， 相 比养 护温度 ， 湿 度 的提 升对于混凝土强度的提高更为明显。而从耐久性能 表 5 不 同养护方式 的温湿度对混凝土强度及耐久性 的影 响 注 ： 表 中温湿度数据皆为养护期 间的平均值 。 一 l 2一 l 6 ， 4 0 1 6 ， 65 1 6 ， 8 5 不同养护湿度 1 6 4 0 2 5 ， 4 0 3 5 ， 4 0 不同养护温 度 图 3 不 同养护温湿度对高原混凝土强度的影响 如 如 加 m 0 B d 罟 、 嚼 幽 P 8 加 m O B d 芝 骥 旧 P 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 纳启财 高原地区环境及养护条件对混凝土性能的影响 赠 o。 1 6 o C， 4 0 1 6 ， 6 5 1 6 ， 8 5 不 同养护湿度 蚓 圈 脚 1 6 ， 4 0 2 5 ， 4 0 3 5 ， 4 O 不 同养护温度 图 4 不同养护温湿度对高原混凝土抗渗性 的影 响 指标来看 ， 提高养护湿度对于混凝 土抗渗性能也有 着 明显的改善 ，相 比 4 O 的养护湿度 ， 6 5 和 8 5 的养 护湿度下混 凝土 电通量分别 降低 了 1 4 5 和 3 5 5 ( 如图 4所示 ) 。此外 ， 自然养护条件下混凝土 电通量 为 1 6 8 2 C， 而 与其养 护温湿度相 近组 ( 1 6 ， 4 0 ) 则 为 1 4 0 5 C， 降低 了 6 5 ， 由此也 可以看到 ， 自然 养护 的变温环境对 于混凝土 的耐久 性能是不 利 的， 会降低混凝土的抗渗能力。 3 2 早 期 养护 时 间对 高原混 凝 土性 能 的影 响 本文从早期养护的持续时间进行考虑 ， 研究其 对混凝土性能 的影响 以期 为当地的施工提供借鉴 意 义 ， 结果 见 表 6 。 表 6 不 同的早期养 护时间对混凝土强度及耐久性 的影 响 注 ： 表 中养护方 式 皆为 篷布覆 盖结 合洒水 ， 内部平 均温 湿 度 约 为 2 O 、 8 0 。 由表 6可以看到 。 早期 的养护达到 3 d以上时 。 混凝土 的强度相 比 自然养护便有明显 的提升 。 养护 龄期达 到 3 d时 ，混凝 土 2 8 d抗 压强度 便提 高 了 1 9 9 ；而养护龄期达到 5 d及以上时 ，混凝土 2 8 d 强度则至少提高 3 1 。同时早期的保温保湿也能够 使得混凝土内部结构更 为密实 ， 改善混凝土的抗渗 性以及抗冻性 。综合考虑 ， 高原地 区混凝土结构 的 保温保湿时间尽量保持在 5 d以上 尤其是冬季施 工 ， 这样对混凝土的力学性能及耐久性能都有着较 好的提升作用。 4结 论 ( 1 ) 高原地 区仅采用 自然养护对混凝 土的力学 性能 、 耐久 性能会有着 明显的不利影 响 ， 容易带来 混凝土强度 的显著降低 后期 强度增长率低 ， 同时 大大降低混凝土的抗渗性能以及抗冻性能。 ( 2 ) 低湿度 、 大温差 的高原地区混凝土对于养 护要求较高 ，提高养护温度有助于早期强度 的发 展 。 而保证早期养护的湿度对于混凝土 的力学性 以 及耐久性则更为重要 ， 养护湿度的提升对提高混凝 土的强度和耐久性是十分必要的。 ( 3 ) 考虑到混凝 土的综合性能 ， 高原地 区混凝 土的早期保温保湿养护时间不得低于 5 d ， 对掺一定 掺合 料 的混凝土 保温保 湿养 护时 间应 延 长至 7 1 4 d 。这样不仅能够保证混凝土的强度发展 ， 还能提 升其抗渗性 以及抗冻性。 参考 文献 ： 【 1 】 吴中伟 高性 能混凝 土 M 北 京： 中国铁道出版社 ， 1 9 9 9 2 】 徐洪 国， 李志平， 毕福珍， 等 干燥大温差气候下混凝 土孔 结 构研究 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 9 ) ： 1 0 1 1 0 3 【 3 】 余安明， 水 中和， 王树 和 干燥 大温差条 件下混凝土界 面过 渡区的研究f J 1 建筑材料学报 ， 2 0 o 8 ， 1 1 ( 4 ) ： 4 8 5 4 8 8 】 李雪峰， 付智 高原低 气压环 境对 引气 混凝 土含气量及 气 泡稳定性的影响 J 农业工程学报， 2 0 1 5 ， 3 1 ( 1 1 ) ： 1 6 5 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 1 0 7 作者简介 ： 纳启财 ( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 高级工程师。 通讯地址 ： 江苏省南京市江 宁区诚信大道 2 2 0 0号 联 系 电话 ： 1 5 9 5 1 0 7 0 9 5 5 E ma 1 ： 3 0 4 5 8 6 3 4 7q q c o m 一 1 3一 湖伽伽抛。 删瑚 渤 螂 蜘 瑚 0 “ 8 6 4 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m