养护剂对道床板现浇混凝土收缩开裂性能的影响.pdf

2 0 1 2年第 3期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 2 No 3 Ma r c h 养护剂对道床板现浇混凝土收缩 开裂性能的影响 谭盐宾 1 , 2 ， 李化建 ， 易忠来 ， 李沛恒 ( 1 中国铁道科学研究院， 北京 1 0 0 0 8 1 ； 2 高速铁路轨道技术国家重点实验室 ， 北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘要 ： 为解决道床板 现浇混凝 土养护难 、 易开裂 的问题 ， 研究 了 自制高效养护剂对 道床板现浇混 凝土 的强度 、 塑性 收缩变形和抗裂性的影响。结 果表明 ， 采用养护剂养护有利 于提高混凝土 的抗压强度 ， 其早期 ( 7 d ) 抗压强度高于 标 准养护下 的抗 压强度 ， 后期 ( 2 8 d和 5 6 d ) 抗压 强度与标准 养护下 的抗 压强度相近 ， 但其 7 d和 2 8 d抗折强度 略低 于 标 准养护下的抗折强度 。 在混凝土浇筑成型后立 即喷涂养护剂 ， 可有效降低混凝 土塑性 收缩 。 7 2 h后 ， T J A、 T J B和 C 型 3 种 养护剂分别降低混凝 土塑性收缩率为 4 2 、 2 7 和 2 7 ， 同时 ， 这 3种养护剂养护下 的混凝 土表面水分蒸发量 比 自然养护下分别降低 了 6 0 、 5 4 、 6 0 。 养护剂养护有效地 防止 了混凝土早期裂缝的产生 ， 提高 了混凝土 的抗裂性 能 。 关键词 ： 养护剂 ； 道床板 ； 现浇混凝土 ； 塑性收缩 ； 开裂 Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e o f c u rin g a g e n t o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，p l a s t i c s h ri n k a g e a n d c r a c k r e s i s t a n c e a r e s t u d i e d i n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m o f h a r d p r o v i d i n g e ff e c t i v e c u rin g w a y s f o r t r a c k b e d c a s t i n - s i t u c o n c r e t e wh i c h i s e a s y t o c r a c kThe r e s ul t s i n di c a t e t ha t c uring a g e n t c a n i mp r o v e t h e c omp r e s s i v e s t r e ng t h of c o nc r e t e ，a nd t he c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f c o n c r e t e wi t h c u rin g a g e n t i s h i g h e r t h a n t h a t o f c o n c r e t e u n d e r t h e s t a n d a r d c u rin g a t e a r l y a g e s ( b e f o r e 7 d) ，a n d i t S s i mi l a r t o t h a t o f c o n c r e t e u n d e r t h e s t a n d a r d c u rin g a t l a t e r a g e s ( 2 8 d ， 5 6 d) B u t fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e wi t h c u rin g a g e n t i s s l i g h t l y l o w e r t h a n t h a t o f c o n c r e t e u n d e r t h e s t a n d a rd c u ri n g a t a g e s o f 7 d a n d 2 8 d S p r a y i n g c u rin g a g e n t o n c o n c r e t e s u r f a c e i mme d i a t e l y a f t e r c a s t i n g c a n e ff e c t i v e l y r e d u c e t h e p l a s t i c s h rin k a g e T h r e e k i n d s o f c u rin g a g e n t ( T J A T J B a n d t y p e C) c a n r e d u c e 4 2 ，2 7 a n d 2 7 o f p l a s t i c s h rin k a g e a n d r e d u c e 6 0 ，5 4 ，6 0 o f w a t e r e v a p o r a t i o n v a l u e t h a n t h a t o f c o n c r e t e w i t h o u t c u ri n g a g e n t a f t e r 7 2 h I n a d d i t i o n ，t h e r e s u l t of c r a c k i n g r e s i s t a n c e t e s t s h o ws t h a t c u ri n g a g e n t c a n e f fi c i e n t l y p r e v e n t t h e e a r l y c r a c k i n g of c o n c r e t e ， a n d i mp r o v e the a n t i c r a c k i n g a b i l i t y o f c o n c r e t e Ke y wo r d s： C u rin g a g e n t ； T r a c k b e d； Ca s t - i n - s i t u c o n c r e t e； P l a s t i c s h ri n k a g e； C r a c k i n g 中图分类号 ： T U 5 2 5 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 3 3 3 0 4 0前 言 养护对混凝土的性能有很大 的影响，尤其是对 昆凝土的力学性能 、 渗透性 、 耐磨性 、 体积稳定性和 抗冻融性 的影响更为显著【 ” ， 它是保证水泥混凝 土充 分水化 ， 获得理想性能的必要措施 。 传统的养护方式 l 捌 有洒水养护、 喷雾养护、 土工布养护 、 棉絮养护 、 覆 砂养护 、 覆草养护等。在这些养护方式 中， 洒水养护 和喷雾养护的效果较好 ，但这两种养护方式在许多 结构部位和特殊环境 中不易实现 ，如高架桥箱梁外 侧面和底面 、 高墩外表面以及大风干燥缺水地区等 ， 且在养护期间需要不问断地进行补水才能保持养护 效果。 而其它养护方式除了存在以上 限制外 ， 还存在 基金项 目： 高性能土木工程 材料 国家重点实验 室开放基金项 目( 2 0 1 0 C E M0 0 9 ) 、 铁道部科技研究重 大课题 ( 2 0 0 8 G 0 3 1 - N ) 、 中国铁道科学研究 院院基金项 目( 2 0 0 9 Y J 1 9 ) 。 着保湿效果差、 易污染结构物表面等问题。 鉴于传统 养护方式的缺点 ，在 2 O世纪 4 0年代美 国研制和提 出了养护剂养护法 ， 随后 ， 英 国、 日本等 国相继研 发 出多种类型混凝土养护剂 ， 包括水玻璃类养护剂、 溶 剂类养护剂 、 乳液类养护剂和复合型养护剂 ， 在机场 跑道 、 公路、 道桥隧道 口、 水坝等工程中进行 了应用 ， 并 取 得 了 良好效 果 。 养护剂的主要作用机理是在混凝土浇筑成型后 立 即喷涂或涂刷于混凝土表面，通过在混凝土表面 形成一层连续致密薄膜来阻止其水分蒸发 ，从而达 到保湿养护的 目的 ，且一次操作后不用进行后续处 理。 因此 ， 养护剂养护具有无结构部位限制、 节水、 一 次涂刷后持续养护时间长、 节省劳动力等优点 ， 尤其 适合于干燥 、 缺水、 大风环境 中现浇混凝土结构的养 护。 鉴于养护剂养护的上述优点 ， 笔者结合我 国铁路 一 3 3 2 0 1 2年第 3期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 1 期 工程 中板式无砟轨道道床板现浇混凝 土养护难 、 易 开裂等问题 ，研究 了自制高效乳液型养护剂对道床 板 混凝 土 收缩开 裂性 能 的影 响。 1 原材 料及试 验 方法 1 1 原 材料 水泥： 北京产 P O 4 2 5级水泥 ； 粉煤灰 ： 赤峰某 电厂产 I级粉煤灰 ；矿粉 ：唐山粒化高炉矿渣 $ 9 5 级 ； 细集料 ： 河北卢龙产细度模数 2 7的河砂 ； 粗集 料 ： 天津蓟县 5 - 2 0 m m连续级配碎 石 ； 减水剂 ： 天津 产 聚羧 酸系 高效减 水 剂 ， 减 水 率为 2 9 。此 外 ， 还 采 用了 3种不 同保水率的养护剂 ，分别为 自制 的高效 乳液型养护剂 T J A型和 T J B型以及南京某厂的 C 型养护剂。表 1 为这 3种养护剂 的有效保水率 。 表 1 养护剂的有效保 水率 注 ： 养 护剂 3 d有效保水率测 试环境为 ： 温度 2 0 2 ， 相 对湿度 6 0 5 ， 风速 0 r r d s 。 1 2 试 验方 法 1 2 1 养 护方 式 试验采用 3种方式进行养护。 ( 1 ) 标 准养 护 ： 在 混凝 土试件 成 型后 ， 放 置于 2 0 环境中覆盖薄膜进行保湿养护 ， 1 d 后脱模 ， 随即 移入温度 2 0 2 、相对湿度 I9 5 的标准养护室 中养护 。 ( 2 ) 喷涂养护剂养护 ： 在混凝土试 件成型后 ， 立 即在该试件表面喷涂养护剂 ，放置于 2 0 环境 中养 护 1 d后脱模 ，然后对试件其余 5个面喷涂养护剂 ， 干燥后移人温度 2 0 2 、湿度 6 O 5 环境 中养 护 。 ( 3 ) 自然养护： 混凝土试件在成型后放置于 2 0 环境 中覆盖薄膜进行保 湿养护 ， l d后脱模 ，随即移 入温度 2 0 2 、 湿度 6 0 5 环境 中养护。 1 2 2测试 方 法 按 G B 厂 r 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐 久性能试验方法标准测试塑性收缩和早期抗裂性 能 ， 其中 ， 塑性收缩测试仪采用 自制的多通道非接触 式塑性收缩测试仪进行测试 ；抗裂试验采用 图 1 所 示 的平板抗 裂 试验 装置 进行 测试 。 平板抗裂试验装置应采用钢制模具 ，模具的四 边( 包括长侧板和短侧板 ) 宜采用钢槽或角钢焊接而 成 ， 侧板厚度不应小于 5 mm， 模具四边与地板宜通过 螺栓固定在一起。 抗裂性测试条件为： 环境温度 2 0 一 3 4 一 图 l 混 凝 土平 板 抗 裂 试 验 模 具 不 意 图 2 q C， 相对湿度 6 0 5 ， 试件 中心上方 1 0 e m处风 速 4 m s 。 2分 析与讨 论 2 1 养护剂对混凝 土力学性能的影响 2 1 1 养护剂对混凝土抗压强度的影响 图 2所示为 3种不同养护方式下混凝土试件抗 压强度增强曲线 。由图 2可知 ， 随龄期的增长 ， 混凝 土试件 的抗压 强度在标 准养护条件 下增长 幅度 最 大， 其次是喷涂养护剂养护 ， 强度增长最小是在 自然 养护条件下 。 在喷涂养护剂的混凝土试件中， 其抗压 强度的增长顺序为 ：养护剂 T J A 养护剂 T J B 养 护剂 C。在 7 d以前 ， 采用标准养护的混凝土试件抗 压强度最低 ，而采用 自然养护 的混凝土试件抗压强 度则介于喷涂不同养护剂试件之间，均高于标 准养 护下混凝土试件的抗压强度。在 7 d以后 ， 标准养护 条件下 的混凝 土试件 的抗压强度 开始快速增长 ， 到 2 8 d ， 特别是 5 6 d之后 ， 其抗压强度与喷涂养护剂养 护下的混凝土试件强度相近 ，而在 自然养护条件下 混凝土试件抗压强度增 长幅度 明显降低 ， 5 6 d抗压 强度比标准养护和喷涂养护剂养护的混凝土试件抗 压强度低 1 O 左右 。 6 5 6 0 时 5 5 山 螽 5 0 蓄4 5 4 0 3 5 3 0 = = = 、 一 ， 一 厂 一 -j一 J TJ A 十C型 一 目滁开 0 1 0 2 0 3 O 4 0 5 0 6 O 龄期， d 图 2 不 同养护方式下混凝 土试 件抗 压强度变化规律 谭盐宾 ， 李化建 ， 易忠来 ， 等 养护剂对道床板现浇混凝土收缩开裂性能的影响 3种养护方式最大的差别是混凝土试件所处环 境湿度不 同。 标准养护条件下 ， 混凝土试件基本处于 l o o 的湿 度 环境 中 ， 比较 有利 于 水 泥水 化 。但 在 早 龄期 的时候 ， 混凝土的密实度不高， 在 内外湿度差 的 驱动下 ， 水分会进入混凝土试件 内部 。 而在 自然养护 条件下 ，混凝土所处环境的相对湿度大大低于混凝 土 内部湿度 ， 内部水分则会 向外迁移散失 ， 相当于降 低 了混凝 土内部 的水胶 比， 有利于提高其早期强度 。 同时 ， 在进行抗压试验时 ， 从 自然养护条件 中取 出的 混凝土试件的整体湿度也低于从标准养护条件下取 出的混凝土试件 ，混凝土试件在高湿度状态下测得 的抗压强度也要低于干燥状态。 在混凝土硬化后期 ， 标准养护条件下 ，充足 的水分环境保证 了混凝土 内 部水泥 的持续水化 ， 有利于强度的持续增长。 而 自然 养护条件下 ， 由于没有水分补充 ， 且不断的向外界失 水 ， 随着内部水泥水化进行 ， 其可供水泥水化的 自由 水持续减少 ， 水化程度也随之降低 ， 导致混凝土试件 后期强度增长缓慢。而 3种养护剂养护 的混凝土试 件 ， 虽然没有外界水分的持续补充 ， 但由于养护剂在 试件表面形成 了一层保护膜 ，阻止了内部水分 向外 散失 ，使混凝土依靠 自身的水分也能保证水泥的正 常水化 ，从而确保该类混凝土的抗压强度能够持续 稳 定 的增 长 。 2 1 2养护剂对混凝土抗折强度的影响 图 3为不 同养护方式对混凝土抗折强度 的影响 结 果 。 标 准 养 护 I A I - B C 型 自然 养 护 图 3 养护方式对混凝土抗折强度的影响 对 比图 2和图 3可得 ，喷涂养护剂养护 的混凝 土试件抗折强度的发展规律与抗压强度的发展规律 不完全一致 。 标准养护条件下， 各龄期混凝土试件的 抗折强度明显高于其它两种养护方式养护下混凝土 试件 的抗折强度 ， 标准养护条件下混凝土试件 7 d和 2 8 d抗折强度分别 比喷涂 T J A、 T J B和 C型养护剂 及 自然养护 条件下混凝 土试 件抗 折强度 高 2 7 8 、 1 1 5 、 2 7 8 、 3 1 4 和3 6 1 、 2 0 8 、 1 4 _ 3 、 2 5 5 。 r r J B 、 C型养护剂养护下的混凝土试件 7 d和 2 8 d抗折强度仍高于 自然养护条件下混凝土试件的 抗折强度 ， T J A养护剂养护下的混凝 土试件 7 d抗 折强度也高于 自然养护条件下混凝土试件的抗折强 度 。 2 2 养护剂对混凝土塑性收缩的影响 从工程实际反映情况可知 ，无砟轨道道床板现 浇混凝土开裂多发生在混凝土浇筑后的前 3 d ，而且 大部分裂缝在混凝土浇筑后 2 4 h内就已出现。一般 而言 ， 混凝土塑性收缩嘲 过大是引起此类混凝土早期 开裂的主要原因，若能有效降低混凝土的塑性收缩 开裂 ， 便能有效减少早期裂缝 的产生。 图 4为不同养护方式下混凝土的早期塑性收缩 变形 ， 从图中可 以看出， 喷涂养护剂可以有效降低混 凝土早期的塑性收缩 。在 7 2 h时 ， 自然养护条件下 ， 混凝土的塑性收缩率为 1 7 4 7 1 0 。 。 ，喷涂 T J A型养 护剂的混凝土塑性收缩率为 1 0 1 7 1 0 ， 比自然养护 条件下降低了 4 2 ； 而喷涂 T J B和 C型养护剂塑性 收缩率为 1 2 8 2 1 0 左右 ，比自然养护条件下的收 缩率降低 了 2 7 。 2 褂 姆 剽 时 I司， h 图 4 不 同防护方式下混凝土的塑性收缩 水分蒸发是混凝土早期产生塑性收缩变形的主 要原 因，故降低混凝土表面水分失水率可以有效预 防其 塑性收 缩开裂 ， AC I 3 0 5委员会建 议夏 季施工 时 ， 混凝土的水分蒸发速率宜控制在 l k g ( m z h ) t 4 1 。 把 养护剂喷涂于混凝土表面可有效地抑制其表面水分 蒸发圈 ， 降低混凝土塑性收缩 ， 从 而达到减少 混凝土 塑性 开 裂的 目的 。 图 5为不同养 护方式下混凝 土的水分蒸发量 。 由图 5可 知 ， 所选 用 的 T J A、 T J B和 C型 3种养 护 剂有效地抑制了混凝土表面的水分蒸发 ，且随着时 间的延长 ， 抑制效果更加 明显。在 7 2 h时 ， 在 T J A、 T J B和 C型 3种养护剂养护下 ， 混凝土表面水分蒸 发量比自然养护条件下分别降低了 6 0 、 5 4 、 6 0 。 一 3 5 8 7 6 5 4 3 2 B d 罨 越氍 2 0 1 2年第 3期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 1 期 皿 删 糕 * 时间 l l 图 5 不同养护方 式下混凝 土的水分蒸发量 2 3 养 护剂 对混凝 土抗 裂性 能 的影 响 图 6为未进行保湿养护( 基准 ) 和 T J A养护剂 养护下的混凝土早期抗裂测试 图。 从图中可得 ， 未进 行保湿养护 的混凝土试件在浇筑成 型 1 9 0 mi n后 即 产生裂缝 ， 且随着时间的延长 ， 大约在 3 1 5 mi n后 ， 发 展 成 为 贯 穿 表 面 的 裂 缝 ，最 大 裂 缝 宽 度 可 达 0 7 5 mm， 单位面积上 总开裂面积为 4 7 5 m m ； 而喷涂 T J A养护剂后 ， 混凝土试件在整个试验过程 中未出 现开裂现象 ， 能够有效防止混凝土的早期开裂。 ( a ) 基准混凝土试件 ( b ) 喷涂 T J A养 护剂 的混凝土试件 图 6 养护方式对混凝土抗裂性 的影响 一 3 6一 3结论 在板式无砟轨道道床板现浇混凝土浇筑施工过 程 中， 往往无法做到及时洒水 、 覆盖等养护措施 ， 需 待混凝土初凝后才能进行 ，而在这期间混凝土最易 产生开裂 。自制的高效乳液养护剂在混凝土表面潮 湿状态下即可进行喷涂 ， 且不会破坏混凝土表面 ， 随 着水分蒸发迅速成膜 ， 起到防止水分蒸发 ， 降低塑性 收缩 ， 提高抗裂能力的作用。 ( 1 ) 采用 自制养护剂( T J A、 T J B) 对混凝土进行 喷涂 养护 ，可提 高混凝 土试 件早 期抗 压强度 ( 7 d 前 ) ， 同时 ， 其后期抗压强度( 2 8 d和 5 6 d ) 与标准养护 下 的抗压强度值相近，但养护剂养护后混凝土试件 7 d和 2 8 d抗 折 强 度 均 低 于 标 准 养 护 条 件 下 混 凝 土 试件的抗折强度 ， 而在 自然养护条件下 ， 混凝土试件 的抗压强度 ( 7 d和 2 8 d ) 和抗折强度( 7 d ) 均最低。 ( 2 ) 养护剂可起到明显降低混凝土早期塑性 收 缩 的作用。实验结果表明， 7 2 h后 ，喷涂 T J A、 T J B 和 C型养护剂的混凝土塑性收缩率比 自然养护条件 下 的收缩率分别降低了 4 2 、 2 7 和 2 7 ，此外 ， 混 凝 土喷涂养护剂后 ， 在 T J A、 T J B和 C型 3种养护 剂养护下 ，混凝土表面水分蒸发量比 自然养护条件 下分别降低了 6 0 、 5 4 、 6 0 。 ( 3 ) 在提高混凝土抗裂性方面 ， 喷涂 T J A养护 剂的混凝土试件表面未出现塑性开裂 ，而未进行保 湿养护的混凝土试件表面则产生了贯穿性裂缝 ， 最 大 裂缝 宽度 为 0 7 5 mm。 参考文献 1 S t e v e n H G e b l e r ， C e c i l L J o n e s G u i d e t o c u r i n g c o n c r e t e R ACI 3 0 8 R一 0 1 1 1 1 7 【 2 西德尼 明德斯， J 佛朗西斯 杨 ， 戴维 达尔文 混凝 土 M 北 京 ： 化学工业出版社， 2 0 0 5 ， 2 5 7 2 5 8 3 】 吴 中伟 ， 廉 慧珍 高性能 混凝 土 北 京： 中国铁 道 出版社【 M】 ， 1 9 9 8 ， 2 6 5 【 4 R o b e rt J R y a n ，K e n e t h B R e a r Ho t w e a t h e r c o n c r e t i n g R AC I 3 0 5 R一 9 9 4 【 5 】 J u l i e M V a n d e n b o s s c h e ，P E A r e v i e w o f t h e c u ri n g c o mp o u n d s a n d a p p l i c a t i o n t e c h n i q u e s u s e d b y t h e Mi n n e s o t a d e p a r t m e n t o f t r a n s p o r t a t i o n f o r c o n c r e t e p a v e me n t s R 1 9 9 9 ， 4 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 1 3 0 作者简 介： 谭盐宾( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 助理研究员 。 通讯地 址：北京市海淀区大柳树路 2号 中国铁道科学研 究 院铁建所 联 系 电 话 ： 1 3 5 81 9 6 8 5 2 8 E ma i l ： y b t a n l 9 8 11 2 6 c o m