高性能混凝土湿养龄期研究.pdf

2 0 1 3年第 3期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT P R0DUCTS 2 01 3 No 3 Ma r c h 高性能混凝土湿养龄期研究 王育江 ， 田 倩 ( 江苏省建筑科学研究院有限公 司高性能土木工程材料国家重点实验室 ， 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘 要 ： 在对 比高性 能混凝土和普 通混凝土 的基础上 ， 研 究 了湿养龄期 对掺加粉煤 灰 、 矿粉及硅灰 的 高性 能混 凝土力学及表 面性能的影响规律 。结果表 明， 由于养护作 用区域 的存在 ， 高性 能混凝土 的抗压 强度 对表面连续湿养 并不敏感 ， 而表 层渗 透性 则受养护条件影响较 大； 掺 加掺 合料的 高性能混凝土 需至 少进行 7 - 1 4 d的湿养护 。 关键词 ： 养护 ； 高性 能混凝土 ； 渗透性 ； 耐久性 ； 养 护龄期 Ab s t r a c t ： E f f e c t s o f mo i s t u r e c u rin g o n me c h a n i c a l a n d s u rfa c e p r o p e r t i e s o f h i g h p e rfo r ma n c e c o n c r e t e wi t h fl y a s h ， s l a g a n d s i l i c a f u me a r e s t u d i e d i n t h e p a p e r ， b a s e d o n t h e c o mp a ri s o n b e t w e e n h i g h p e rfo r ma n c e c o n c r e t e ( HP C) wi t h l o w w a t e r b i n d e r r a t i o a n d o r d i n a r y c o n c r e t e ( O C ) w i t h l o w c o mp r e s s i v e s t r e n g t h T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f HP C c a n b e c o n s i d e r a b l y l e s s s e n s i t i v e t o S u rf a c e mo i s t u r e c o n d i t i o n s ，w h i l e s u rfa c e p r o p e rti e s c a n ma r k e d l y i mpr o ve d b y we t c ur i n g。f o r c u r i n g a f f e c t e d z o ne i s t he ma i n r e a s o nFurth e r mo r e we t c u rin g o f 7 -1 4 d a y s i s n e c e s s a r y f 0 r HPC Ke y wo r d s ： Cu ri n g ； Hi g h p e rf o rm a n c e c o n c r e t e ； P e r me a b i l i t y ； Du r a b i l i t y ； C u r i n g d u r a t i o n 中图分类号 ： T U 5 2 8 1 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 3 1 1 0 4 0前 言 养护通常被描述为能够提供胶凝 材料持续水 化所需的温湿度条件 ， 并使其在一定时 间内实现硬 化的过程 【 1 】 。养护是混凝土实现其设计性能的最重 要 因素之一 ， 而养护持续时间则是养护 的关键参数 之 一 。 P o w e r s 等2 1 研究了混凝土毛细孑 L 的连续 、 不连续 性及其对渗透性的影响 ， 并建议混凝土应至少养护 至其 内部毛细孔不再连续为止 ， 并给出了不 同水灰 比浆体所需的最短养护时间 ，其中水灰 比为 0 4的 浆体所需的湿养龄期仅为 3 d左右。相比之下， 现代 水 泥 和混凝 土 组成及 性 能 已发 生 较大 变化 ， N e v i l l e f3 J 指 出以下原因使得现代混凝土的养护相 比之前显 得更 为重要 ： 当今水泥强度发展速 度更快 ， 允许拆 模 的时间更短 ， 这在一定程度上导致 了工程 中养护 过早 地结束 ； 现代混凝 土的水胶 比较低 ( 特别是对 于高性能混凝土而言) ， 自干燥现象更为显著 ， 外部 的湿养也很难缓解此现象 ； 现代混凝 土工程多掺加 矿物掺合料 ， 如粉煤灰 、 磨细矿渣 ， 而矿物掺合料的 水化速率较慢 ， 需要更长时间的养护以促进掺合料 的水化。此外 ， 毛细管由连续变为不连续时 ， 意味着 混凝土的渗透性能变化相对较小 ， 但并不意味着 混 基金项 目： 国家 自然科学基 金( 5 0 9 7 8 1 2 6 ) 。 凝土的性能 已趋 于稳定 。Hi l s d o r f 等 建议 ， 在确定 最短养护时间 的研究 中，抗压强度不应是唯一指 标 ， 还应考 虑碳化深 度 、 渗透性 、 成 熟度或 水化程 度 ， 但其研究并非针对高性能混凝土 。目前 ， 养护持 续时间仍是一个具有较多争议性 的话题l 5 l 。 针 对 上述 问题 ， 考 虑 到表 层 混凝 土 性 能 受 养 护 的 影 响更 大 6 8 1 ， 本 文 重点 分 析 了湿 养 护龄 期 对混 凝 土力学性能及表层渗透性能的影响规律 ， 并在此基 础上讨论 了高强 、高性能混凝土所需 的湿养 护龄 期 。 1 试 验 、 1 1 原材料及配合 比 原材料 ： 小野 田 P 5 2 5级硅酸盐水泥；南京 热电厂 I级粉煤灰 ； 江南 $ 9 5级磨细矿粉 ； E l k e n微 硅灰粉 ； 细度模数为 2 6的河砂 ； 5 2 0 m m连续级配 玄武岩碎石 。混凝土配合 比如表 l 所示 ， 通过调节 减水剂用量将初始坍落度控制在 1 8 2 0 e m。 1 2 养护条件 养 护条件分为湿养护f R H 9 5 、 ( 2 0 2 ) 和干 养护 R H ( 6 0 5 ) 、 ( 2 0 2 ) 两种。试验 中， 先对试 件进行湿养护 ，养护龄期分别为 0 、 3 、 7 、 l 4和 2 8 d ， 其后将试件移入 干燥养护室进行干燥养护 ， 当试件 的湿养和干养龄期之和达到 2 8 d后 ， 进行相关的力 学及 耐 久性 能试 验 。 一 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 3期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 3期 1 3 渗透性测试方法 表 面 吸水 ： 试 件在 尺 寸 为 l 1 0 m mx 2 0 0 m m 底 面密封的 P V C管 内成型 ，成型 l d后切去表层 l c m 厚的浮浆层 ， 其后按照设计的养 护条件 ， 将试件连 同 P V C管养护 以实现单面暴露养护。 养护至设计龄 期后去除 P V C管 ， 用切割机将暴露面至距其一定深 度 d范围内的混凝土切除( 切割机切割精度 2 mm) ， 对混凝土毛细吸水进行测试 。吸水试验过程如下 ： 将试件在 1 0 5 C 下烘干 1 d后 ， 将试件侧面用环氧树 脂密封 ，其后将试件搁放在 2 0 C 水槽中的支棒上 ， 使试件切割面与水接触 ，且水面高出试样不超过 5 ram， 其后进行吸水试验。试验结束后， 迅速将试块 继续切割( 即不断增大 d值 ) ， 然后 1 0 5 烘干 0 5 h ， 并按上述方法重复进行吸水试验 ， 整个吸水试验在 4 h内完成 ， 以减小试 验误 差 。 氯 离子渗 透性及碳 化试 验 ：试 验参 照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通土凝土长期性能和耐久性能试 验方法 进行。在氯离子渗透性试验中， 为了突出养 护条件对渗透性 的影响 ，在 l d拆模后 即将试块切 割成 0 1 0 0 mm x 5 O mm试件 ， 其后进行相应 的湿养和 干养 。 2试 验结 果与分 析 2 1 抗 压强 度 编号为 O C、 O C 一 0 4和 O C 一 0 3 2试件 ， 完全湿养 ( 湿养 2 8 d ) 或完 全干养 ( 湿养 O d ) 下抗压强度 的对 日 山 窒 嘿 0C 0C一 04 0C一 0 32 编号 图 1 养护方式对不同水胶 比混凝土抗压强度 的影 响 一 1 2一 比如图 1 所示。其 中， 试件的胶材用量相同， 仅水胶 比不同。从图中可以看 出， 随着水胶 比减小， 两种养 护条件下的抗压强度差距逐渐减小 ，当水胶 比由 0 5降至 0 3 2时，干养强度相 比于湿养强度降低幅 度由 1 0 6 降低至 1 5 。 在此基础上 ， 进一步分析不同湿养龄期对混凝 土抗压强度的影响 ， 结果如图 2所示 。从图中可 以 看 出：配合 比编号为 C、 F a 2 0 、 S L 5 0 和 S F I O 试 件湿养龄期 为 0时 的抗压强度相对于湿养龄期为 2 8 d时的抗压强度下降幅度分别为 ： 一 1 7 、 l 1 4 、 3 8 、 2 - 3 ， 其 中， 除 了大掺量矿粉 ( 掺量 5 0 ) 外 ， 强度降幅均小于编号为 O C ( 水胶比为 0 5 ) 试件 ， 但 与此 同时 ，大掺量矿粉试件强度在湿养 3 d后趋于 稳定 。此外 ， 从 图中也可 以看 出， 除了配合 比为 O C 试件抗压强度随着湿养龄期 的增加而增加外 ，其他 四组配合 比试件则并未 出现很 明显 的强度发展依 赖湿养龄期的趋势 ， 且部分结果波动较大 ， 甚至出 现抗压强度大于湿养 2 8 d时强度 的现象 ( 如编号 C 试件 ) 。虽然这可能是由于试验误差的原 因， 但结果 至少表明 ， 相 比于水胶 比较高 的混凝土 ， 水胶 比较 低的混凝土抗压强度对湿养护龄期不敏感。 2 2 渗透性 2 2 1 碳化 不同湿养龄期下混凝 土的碳化深 度如 图 3所 示 。从 图中可以看出 ， 总体上碳化深度随湿养龄期 山 皇 瞪 幽 O 0 3 7 1 4 2 8 湿养龄期 d 图 2 湿养龄期对混凝土抗压强度的影响 鲫 加 如 加 m 加如 如加m O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王育江 ， 田倩 高生能混凝土湿养龄期研究 的增 加而降低 ，且变化 幅度最大部分发生在 0 7 d 这一 范 围 内 。其 中需 要 指 出 的是 编 号 O C和 F a 2 5 试件( 二者粉煤灰掺量相同) ，当湿养 龄期 为 2 8 d 时 ，编号为 F a 2 5 的试件相比于编号为 O C的试件 抗 碳化能力有 明显 优势 ， 而湿养龄期 较短 时 ， 二者 碳化能力间的差距较小 。因而 ， 从碳化角度看 ， 若湿 养龄期 过短 ， 低水胶 比、 高强混凝土 的表层并不能 发挥其应有的低渗性优势 。 聪 2 O O 7 1 4 2 1 2 8 湿养龄期， d 图 3不 同 湿 养 龄 期 下 混 凝 土 的碳 化 深 度 2 2 2 表 面 吸水 未经切割 的试件 ( 切割深度 d = 0 ) ， 湿养龄期 对 表 面吸水率的影响如图 4所示。为了更好的反映表 面性能 ， 本文参考文献 ， 以初始 1 0 rai n内的吸水率 作为评价依据。 簧 O 4 O 2 0 7 1 4 21 2 8 湿养龄期 d 图 4湿 养 龄 期 对 表 面吸 水 率 的影 响 从 图 4中可以看出 ， 连续的湿养使混凝土的表 面吸水率不断降低 ， 对于配 比编号为 O C的试件 ， 该 趋势更为明显 。而就其他四组高强混凝 土而言 ， 吸 水速率降幅最 大部分 同样发生在湿养龄期为 0 7 d 范 围内， 且 1 4 d后表面吸水率趋于稳定 。 2 2 3 氯离子渗透性 湿 养龄 期对 电通 量 的影 响如 图 5 所 示 。结果 表 明， 在 1 4 d湿养龄期范 围内， 编号为 O C的低强混凝 土 电通量 随湿养龄期的延长而显著降低 ， 而其余四 组高强混凝土的电通量在湿养龄期 7 d内变化较为 明显 ， 湿养 7 d之后 ， 试验结果趋于稳定 。上述结论 和碳化及 表面 吸水的试验结果的总体趋势略微有 所 区别 ， 这 主要是 由于电通量在测试过程 中 ， 试件 厚度为 5 0 tur n ， 其测试结果反映的是 5 0 c m厚试件的 整体性能 ， 相 比较 而言 ， 碳化和表面吸水试验结果 更侧重反映表层性能。 4 5 O 0 4 0 0 0 3 5 O 0 u 3 0 0 0 2 5 0 0 脚2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0 5 o o O 湿 养 龄 期 d 图 5湿养龄期对电通量的影响 2 3 结果讨论 从前面试验结果可以看 出 ， 混凝土 的整体性能 ( 如抗压强度 ) 受养护条件影响较小 ， 而表层渗透性 则显示了和养护龄期的较强相关性。抗压强度及渗 透 性 试 验结 果 受 湿 养龄 期影 响 的差 异 ， 主 要 是 由于 养护存在作用区域 【 l 叫 ( 即养护对混凝土性能影响最 大的区域) 。此外 ， 试验结果也表明 ， 碳化和表 面吸 水性能更能反映表层的渗透性能 ， 基于此采用表面 吸水率 的方法对养护作用 区域进行分析 ， 试验结果 如图 6所示。图中， “ S ” 代表湿养 ( 湿养护 2 8 d ) ， “ D” 代表与之对应的采取干养的试验结果 。 从图 6可以看 出， 由于试验结果是采取同一批 试件不断切割后进行试验而得到 ， 试验结果的规律 性较好 。对于直接干养 的试件 ， 随着距离表面的距 离增加 ， 吸水率不 断降低 ， 而一直湿养 的试件 吸水 率随着深度的增加吸水率变化不明显。对于编号为 C、 F a 2 0 、 S L 5 0 和 S F 1 0 低水胶 比的高强混凝土 试件 ， 在距表层距离 1 5 m m 以后吸水率趋于稳定 ， 可 以认为干燥养护对试件 的作用 区域约为 1 0 1 5 ram， 而对 于水胶 比较 高 的 O C试件 养护作用 区域约为 2 5 30 mm 。 养护作用 区域 的不 同主要 源于混凝土基体渗 透性 的差异 。高水胶 比、 低强混凝土 内部水分更易 一 1 3一 H m 6 4 6 4 2 O 8 6 1 1 1 1 O O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 3期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 3期 = 昌 窨 槲 繁 1 O O 9 0 _ 3 0 - 2 一 三 料 1 6 1 _ 4 0 4 02 0 0 5 1 0 1 5 2 O 深度 ram ( 1 ) 配 比编号 C、 F a 2 0 、 S I 5 0 和 S F 1 0 图 6 不 同深度处 的吸水率 向外迁移 ，而外部的水分也更容易进入基体内部 ， 因而养护作用区域较大 ， 混凝土的强度对养护条件 具有较强的敏感性 。而高强混凝土渗透性较低 ， 养 护作用 区域较小 ， 混凝土的抗压强度对养护条件并 不敏感 。和整体性能相比， 高强高性 能混凝土和普 通混凝土的表层性能受养护 的影 响均非常大 ， 因而 对高强 、 高性能混凝土而言 ， 养 护不当可能并不影 响混凝土的抗压强度指标 ， 但会显著影 响表层 的渗 透性及耐久性 ， 以表层性能评价高性 能混凝土养护 效果更为科学 。 此外 ， 本文重点讨论了湿养龄期对掺加不同掺 合料且水胶 比为 0 3 2 7 昆 凝土性能的影响 ， 但从文中 同时也可以看出 ，湿养龄期对 0 5水胶 比混凝土渗 透性影响趋势和前者具有一定的相似性 ( 渗透性 变 化最显著湿养龄期范 围为 0 - 7 d ，且 1 4 d后趋于稳 定 ) ， 因而 可 以认 为 ， 对 于水 胶 比大 多在 0 3 5以下 的 高性能混凝土而言 ，虽然按照 P o w e r s 研究结果 ， 水 胶 比 O 4以下的水泥浆体一般仅需要 3 d的湿养即 可 达 到 毛细 孔 的不 连 续 ，但从 表 层 混凝 土 性 能 角 度 ， 掺加掺合料的高性能混凝土仍应进行 7 - 1 4 d的 湿养( 或者最少 7 d的湿养 ) 。 3结论 ( 1 ) 随 着 水胶 比的 降低 ， 混 凝 土 强度 受 养 护 条 件 的影 响逐 渐减 小 ； 普 通混 凝 土 的抗 压 强 度对 养 护 条件相对较为敏感 ， 而高强 、 高性能混凝土抗压强 度受湿养龄期的影响相对较小。 ( 2 ) 连续的湿养可以显著降低表层混凝 土的渗 透性 ， 且渗透性变化最显著湿养龄期范围为 0 - 7 d 。 ( 3 ) 在本试验的干燥条件下 ， 高强、 高性能混凝 土的养护作用 区域为 1 0 1 5 m m， 这也是高性能混凝 土抗 压强度 对养 护条 件不 敏感 的关 键原 因所 在 。同 时 ， 从 表层渗透性角度 ， 掺加掺合料的高强 、 高性能 一 1 4 一 混凝土应进行 7 1 4 d的保湿养护。 参 考 文 献 ： 【 1 A me r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e C o mm i t t e e 3 0 8 A C I 3 0 8 R一 0 1 Gu i d e t o Cu r i n g c o n c r e t e 【 2 T C P o w e r s ， L E C o p e l a n d ， H M Ma n n C a p i l l a r y c o n t i n u i t y o r d i s c o n t i n u i t y i n c e m e n t p a s t e s J 1 J o u r n a l o f t h e P C A R e s e a r c h a n d De v e l o p me n t L a b o r a t o ri e s ，1 9 5 9 ， l ( 2 ) ： 3 8 - 4 8 3 】 A M N e v i l l e P r o p e r t i e s o f C o n c r e t e M Wi l e y ， 1 9 9 6 4 HK H i l s d o r f C ri t e r i a f o r t h e D u r a t i o n o f C u r i n g【 J 】 P r o c e e d i n g s o f t h e Ad a m Ne v i l l e S y mp o s i u m o n Co n c r e t e Te c h no l o g y ， 1 9 95 ： 1 2 9-1 4 6 5 K W Me e k s ，N J C a r i n o C u r i n g o f Hi g h P e rf o r m a n c e C o n c r e t e ： R e p o o f t h e S t a t e 一 0 f _ t h e A r t M】 N a t i o n a l I n s t i t u t e o f S t a n d a r d s a n d T e c h n o l o g y ， B u i l d i n g a n d F i r e Re s e a r c h L a bo r a t o r y ，1 99 9 【 6 】 李美利， 钱觉 时， 徐 姗姗， 等 养 护条件对混凝土表面 层性 能的影 n la 3 J 建筑材料学报， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 9 ) ： 7 2 4 - 2 7 8 7 A E L o n g ， G D H e n d e r s o n b ， F R Mo n t g o me r y wh y a s s e s s t h e p r o p e rt i e s o f n e a r - s u r f a c e c o n c r e t e I J J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e ri a l s ， 2 0 0 1 ， 1 5 ( 2 - 3 ) ： 6 5 - 7 9 8 R A l i z a d e h ，P G h o d s ， M C h i n i ，e t a 1 E f f e c t o f c u ri n g c o n d i t i o n s o n t h e s e r v i c e l i f e d e s i g n o f RC s t ruc t u r e s i n t h e P e r s i a n g u l f r e g i o n J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 8 ， 2 0 ( 1 ) ： 2 - 7 9 R K D h i r ， P C H e w l e t t ， Y N C h a n N e a r s u r f a c e c h a r a c t e ri s t i c s a n d d ur a b i l i t y o f c o nc r e t e ：a s s e s s men t a n d de v e l o p me n t o f i n s i t u t e s t me t h o d s l J 1 M a g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ，1 9 8 7 ， 3 9 ( 1 4 1 ) ： 1 8 3 - 1 9 5 1 0 R C a t h e r H o w t o g e t b e t t e r c u ri n g J 1 T h e J o u r n a l o f t h e C o n c r e t e S o c i e t y ，1 9 9 2 ， 2 6 ( 5 ) ： 2 2 - 2 5 收 稿 日期 ： 2 01 3 0 1 2 5 作者简 介 ： 王育江( 1 9 8 5 一 ) ， 男 ， 工程师 。 通讯地 址 ： 南京市江宁区万安西路 5 9号 联 系 电 话 ： 1 3 9 5 1 7 1 3 0 6 1 E - ma i l ： y j wa n g j s 1 2 6 c o m 加 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m