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第六章 砼养护工艺

目的：砼制品成型后要经过养护，形成内部结构
方法：1标准养护：用于砼强度质量评定
2自然养护
3快速养护
（1） 快硬水泥
（2） 化学外加剂
（3） 加热养护
§1 自然养护
一 一般要求
1 炎热条件下（夏天）养护，保持湿度防止水分蒸发
2 寒冷条件下（冬天）养护，平均气温连续5天低于5 ℃时，按冬季施工处理
二 自然条件下温度和湿度对砼强度的影响
一般情况下，砼的强度与组成材料质量，配合比和施工过程有关，但在自然养护条件下主要取决于养护温度和湿度
1 温度与强度关系：温度升高，强度升高
2保持养护温度措施
（1） 制品成型应采取覆盖、浇水养护
（2） 开始覆盖和浇水时间
塑性砼：一般温度不迟于6~12h，炎热天气不迟于2~3h
干硬性砼：不迟于1~2h
（3） 自然养护每日浇水次数
正午温度 （℃)
10
20
30
40
浇水次数（）
2~3
4~6
6~9
8~12

（4） 自然养护浇水覆盖天数
正午温度（℃）
10
20
30
40
普通水泥（d）
5
4
3
2
矿渣水泥、火山灰水泥（d）
7
5
4
3

掺入缓凝剂和有抗渗性要求时，浇水天数不少于14d

三 自然养护法
特点：设备简单，费用低，但时间长
1 浸水养护法：将养护的砼制品浸入水中
设施：蓄水池
应用：自应力砼管
2 围水养护法：用粘性土在砼四周围筑一定高度土埂，中间蓄水
应用：地面、路面、楼板、桥板
3 覆盖浇水养护：用纤维织物覆盖和浇水
4 塑料薄膜养护法：用塑料薄膜覆盖
5喷膜养护法：用液态成膜剂在成型的表面形成密封膜
四 寒冷条件下的养护方法
（一） 基本要求
1平均气温连续5天低于5 ℃时，按冬季施工处理，（寒冷条件）
2 水泥品种：硅酸盐水泥、普通水泥
3 水泥强度等级：≥42 .5
4水灰比： ≤0.60
5水泥用量：≥300 kg m3

（二） 养护方法：
1 热砼法：将原材料加热，提高砼拌合物温度，增加强度发展，防止砼受冻
水泥强度等级＜52.5
快速
集料加热温度≤60 ℃
水泥强度等级≥52.5
水加热温度≤60 ℃
集料加热温度≤40 ℃
水加热温度≤80 ℃

原料加热温度控制：

2 蓄热法：一般砼或者热砼成型后覆盖保温，防止预加热量和水化热损失，保持应温并增至所需的强度值
特点：无需热养设施，简单易行
3 掺用外加剂法：砼中掺用外加剂，其强度在常温下能继续增长并不受冻，若与其他方法复合使用，效果更好
寒冷条件下常用外加剂品种：
（1） 抗冻剂：氯化钠、亚硝酸盐、碳酸钾等
（2） 阻锈剂：亚硝酸钠、重铬酸钾、尿素等
（3） 早强剂：氯化钠、氯化钙、硫酸钠、石膏等
（4） 减水剂：木质素磺酸钠等
§ 3 热养护中的体积变形
一 概述
1热养护方法：
（1） 常压湿热养护
（2） 干一湿热养护
（3） 高压湿热养护
2 热养护的作用：砼制品湿热养护的实质，是使砼在湿热介质的作用下，发生一系列的化学、物理及物理化学变化，从而加速砼内部结构的形成，获得快硬早强和缩短生产周期的效果
实验表明：若80℃的热养护比20℃时 水泥水化速度增加5倍
若100℃的热养护比20℃时 水泥水化速度增加9倍
3 热养护对结构形成的破坏作用
热养护过程的结构形成和结构破坏是贯穿各种养护过程中的一对主要矛盾，也就是在结构形成过程中还产生了结构破坏
结构破坏主要表现在养护过程中产生的最大体积变化和残余变形
因此：采用热养护时，要获得优质砼，就是处理好结构形成与破坏，这一对矛盾，就要采用合理的养护制度和适合的工艺系数
二 热养护过程中的结构破坏
热养护过程中的结构形成的同时，又产生结构的破坏和损伤
（一） 热膨胀
砼是多相同时堆积的结构，这些不同的物质因受热要膨胀，但膨胀值相差很大，其各相体积膨胀系数是：
材料名称
湿空气
水
水泥石
集料
体积膨胀系数

3700~9000×10-6

225~744×10-6

40~60×10-6

30~40×10-6

从表中数值看出，体积膨胀系数水是固体材料的10倍，空气是固体材料的100倍，水泥石和集料也有差别，因此热养护在加热时各组分的不均匀膨胀，砼内部产生拉应力，造成开裂，结构受到损伤
（二） 硅酸盐水泥蒸养过程的化学变化
温度升高时，水泥矿物的溶解度增大，水化反应速度加快
蒸汽养护时水泥水化生成的主要水化产物与标准养护时基本相同
水泥熟料矿物在蒸养时的反应速度和强度增长规律各不相同，
由下面试验看出，C3S和C4AF是蒸养后获的较高强度的决定性矿物，而C2S对后期强度起较大作用
矿物成分
标准养护
蒸汽养护
7d
28d
3h
28d
C3S
31．6
45．7
19．4
40．1
C2S
2．4
4．1
1．9
15．1
C3A
11．6
12．2
0
0
C4AF
29．4
37．7
43．1
53．5

蒸养和标养矿物成分的水分产物均未发生变化，但强度却不同，虽然其水化产物微观结构发生了变化，主要表现在水泥颗粒表面形成屏蔽膜的增厚增密，结晶颗粒粗化，对砼结构形成及其物理力学性能均产生一定的影响
湿热养护过程中砼强度快速增长的同时，部分晶体仍在增长，晶粒粗化，由此产生结晶压力引起结构内部压应力的出现，这也使砼的结构造成损伤
（三） 砼的减缩和收缩
水泥水化生成水化产物，熟料矿物生成水化产物，固相体积增大，但“水泥~水“体系的总体积减小，称之为化学减缩
以C3S为例：
水化反应：2（3CaO·SiO2）+6H2O
3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca（OH）2

项目
2（3CaO·SiO2）
6H2O
3CaO·2SiO2·3H2O
3Ca（OH2
比密度
3．14
1．00
2．44
2．23
分子量
228．23
18．02
342．48
74．10
摩尔体积
72．71
18．02
140．40
33．23
体系中所占体积
145．42
108．12
140．40
99．63
总体积
反应前总体积253．54 cm3
反应后总体积240．09 cm3

普通水泥最大减缩量平均值为水泥石的5~8%
（四） 砼热养护中的热质传输
概念：热养护过程中，热、水、气在砼内部进行传递
热养护过程：升温——恒温——降温
以常压湿热养护阶段为例说明：
1 常压升温阶段（加热阶段）
利用蒸汽对制品加热，通过冷凝水将热量传递给制品
（1） 温度梯度 ▽t 见下图

t—温度曲线
符号： tg —蒸汽介质温度（℃）
th —冷却水温度（℃）
tb —制品表面温度（℃）
tn —制品内部温度（℃）
值:tg >th > tb >tn
内部
表面
tn
tb
▽t
th
tg
Un
Ub
冷凝水
▽U
q
Pn
▽P
Pb
qm
qc
▽t作用
▽t作用
空气分压
▽P1
▽P2
▽P3
产生温度梯度▽t

（2） 湿度梯度 ▽U
Ub —表面湿度 Ub =100%
Un —内部湿度 （%）

Ub > Un 产生湿度梯度 ▽U
（3） 压力梯度 ▽P
在▽t梯度作用下产生▽P1 受热膨胀 表面气泡空气压力大里面低
在▽U 梯度作用下产生▽P2 水分由表向内迁移 内部压力增大 内部高
在空气分压作用下产生▽P3 蒸养时介质中的空气分压降低 内部高
压力梯度▽P应等三者的代数和：
▽P=▽P1-▽P2-▽P3<0 负值
内部压力高 表面压力低
在▽P作用下，内部气相力图外逸，放气量与温度成正比，因此快速升温时，产生较大的结构破坏
（4） 热质传输
热流密度q 在▽t作用下 热量q由表及里传递
湿流密度qm 在▽U作用下 水分由表及里传递
气流密度qc 在▽P作用下 空气由里及表传递
结论：a 升温阶段，水分和空气在砼内传输，形成定向连通孔隙，使砼结构遭到破坏
b 升温速度愈快，破坏愈严重
2 常压恒温阶段
在恒温阶段，▽t、▽U、▽P逐渐消失，q、qm、qc逐渐减小并停止
3 常压降温阶段

内部
表面
▽t
▽U
▽P
q
qc
qm

温度梯度▽t
湿度梯度▽U
压力梯度▽P
与升温阶段相反
产生热流密度q

湿流密度qm

气流密度qc

方向相反

对砼性能影响
温度梯度▽t热量由里向表传递，表面温度低，收缩，造成开裂
湿度梯度▽U水分向表面传递，迅速蒸发，制品表面干缩开裂
结论：加热养护造成热质传输过程，造成结构巨大损伤，必须采取合理养护工艺，才能获得优质砼
（五） 热养护过程中的体积变形
热养护过程中结构损伤的宏观表现
热养护过程中的体积变化，是砼的热膨胀，化学减缩，微管压力热质传输等引起结构损伤的综合表现，根据砼的体积变形大小，可以评价砼结构破坏程度
例如：某常压湿热养护，养护制度，预养40min 2+4（80℃）+1其湿热膨胀变形：

1 2 3 4 5 6 7 养护时间 h

10

8

6

4

2

0

20

40

60

80

100

变形
温度℃
养护制度
变形曲线

图中可见：体积变形，升温阶段体积膨胀，恒温阶段体积基本不变，降温阶段体积收缩，因此结构破坏最严重的是升温阶段，其次是降温阶段
影响因素：1 含气量：含气量升高，体积变形增大
2 含水量：水灰比增大，用水量增多，体积变形增大
3 砼的初始结构强度，此值升高，体积变形减小
4 升温速度：升温速度增大，体积变形增大
工艺措施：1 加速砼的硬化速度，加速砼结构的形成
2 减少砼的体积变形，降低通的结构损伤

§4常温常压热养护： 用常压蒸汽对砼进行养护
一 常压湿热养护制
表示方法：Y+S+H（t℃）+J

温度℃
时间h
Y
S
H
J

1 预养期：Y
作用：在进行热养护之前，使砼具有一定的初始结构强度，减少体积变形
要求：初始结构强度：0.39~0.49MPa
2 升温期：S
降低结构损伤措施：
（1） 限制升温速度：最大升温速度控制：
预养期（Y）
干硬期（S）
最大升温速度（）
密封养护
带模养护
脱模养护
>4
>30
<30
不限
30
25
20
—
<4
>30
<30
不限
20
15
15
—
（2） 合理的预养
（3） 变速升温：先慢后快
（4） 分段升温：先升温30--40℃，保温1—2h，然后快速升温
（5） 改善养护条件：如带模养护
3 恒温期 H
恒温时间：砼强度达到设计强度等级的70%
恒温温度：取定于水泥品种，普通水泥80℃，矿渣水泥、火山灰水泥95—100℃
4 降温期 J
作用：在▽t、▽U、▽P作用下，内部水分急剧气化，制品收缩，造成损伤
方法：控制降温速度：限制最大降温速度
水灰比
最大降温速度（）
厚大制品
细薄制品
≥0.4
30
35
＜0.4
40
50
影响因素：（1） 砼的强度愈低，降温速度要慢
（2） 制品厚度愈大，降温速度减慢
（3） 配筋小降温要慢
二 常压湿热养护过程中砼强度发展规律
砼强度随养护时间的增大而增大，按强度增长速度，可分三个强度增长
时间
（1）慢速增长时期 （2）快速增长时期 （3）减速增长时期
抗压强度%
时间h
温度℃
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
80

60

40

20

0

20

40

60

80
慢速
减速

由表看出升温阶段介质温度在40%，干湿热养护，砼强度最高
方法：随着养护窑的升温带加干热加热设备

§ 5 高压湿热养护
一 概述
1 概念：将制品在温度高于100℃的饱和蒸汽介质中进行加热的方法
2 养护温度100--120℃
3养护介质压力，压力与温度关系
P=0.0965（）4 （MPa）
式中：P —介质压力 （MPa）
t —介质温度 （℃）
4 高压湿热养护对混凝土性能的影响
砼中的二氧化硅和氧化钙在温度高于100℃的饱和蒸汽介质进行养护时，生成的托勃莫来石结晶好，且强度高，当温度高于150℃是，反映速度大大加快，而工业生产采用的实际反应温度（83.20—213.85℃）压力为（1.0—2.0MPa），砼的温度愈高，砼的强度愈高，但温度超过213.85℃时，砼的强度反而下降
5 应用：
生产硅酸盐制品，采用常温湿热养护强度很低，氧化硅和氧化钙反应速度很慢，因此都采用高压湿热养护，如：加气砼、灰砂砖、硅酸盐砌块
二 高压湿热养护的体积变形
压蒸过程中砼的体积变形为膨胀，恒压时最大变形值比常压养护时小，
降压过程体积收缩，残余变形可正、可负、较小
三 常压热养护设备
1 养护坑
（1） 普通养护坑
（2） 热介质定向循环养护坑
（3） 干一湿热养护坑
2 折线养护窑：连续式
3 间歇式隧道窑
（1） 贯通式：两端设口，一端入窑，一端出窑
（2） 尽端式：一端设口
4 连续式水平隧道窑
（1） 地上窑
（2） 地下窑
5 立窑 连续窑
四 干湿热养护

概念：采用了在升温过程中使砼中水分蒸发，使砼在低湿介质条件下升温，而在恒温阶段仍采用湿养护
效果：1 砼内部水分蒸发，没有冷凝水，砼的加热速度减慢
2 砼的加热最高温度降低
3 升温过程砼损伤程度降低
性能：干湿热养护强度比较

养护温度
养护制度
强度 MPa
80℃

17。.5

19。.7

21。.6

20。.0

由表看出升温阶段介质湿度在40%，干湿热养护，砼强度最高
方法：随着养护窑的升温带加干热加热设备

时间h
变形
温度℃
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

2

1

0

50

100

150

200
升压
恒压
降压
降温

三 湿度变化：
压蒸砼的热质传输对砼的结构也会造成损伤，下面是砼的湿度变化曲线：
时间h
质量变化%
温度℃
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

8

6

4

2

0

50

100

150

200

砼在100℃下升温过程，湿度增加很小，温度在100℃以上，冷凝加快，砼湿度急增，温度在174.5℃时达到最大值，恒温时湿度变化不大，降温时砼中水急剧蒸发
四 强度发展
压蒸过程强度增加分为三个阶段
第一阶段 升温开始至最高温，初始结构强度低，由于结构的破坏作用，强度略有下降
第二阶段 恒温阶段的前2h，水化反应速度增至最高值，砼的结构基本形成，强度增长最快
第三阶段 恒温阶段的结果，结晶结构形成速度减慢
f值
一阶段 二阶段 三阶段

五 压蒸养护方法和制度
（一） 排气法：压蒸养护需要饱和蒸汽中养护，使制品迅速加热，必须排除窑内的空气的养护制度
1 排气期 ：最高温度升至100℃，饱和蒸汽压力0.1—0.12MPa
操作：打开排气阀，向窑内输入饱和热气，将窑空气排出
2 升压期 ：温度升至最高恒温温度
操作：关闭操作阀，继续进入饱和蒸汽，窑内升温升压
3 恒压期 ：温度和保持最高值
恒压温度和恒压时要考虑制品的质量和成本
4 降压期 ：窑内温度降至100℃，压力0.1MPa，排出窑内蒸汽降压降温，速度要均匀，尤其是后期速度要慢，防止制品开裂
压力
时期
1 2 3 4

出窑：当窑内温度为100℃，窑内压力与窑外压力一致后再开窑，并将制品送入领取额间继续冷却
（二） 真空法：排出窑内空气是使用真空抽气的方法，即在工阶段用真空泵抽气
第一阶段：排气期 关闭窑门，立即用真空泵将窑内抽成负压，抽气时间30—40min，抽至窑内压力为-0.08—0.06MPa
第二阶段：升压期
抽真空后立即关阀，并送入饱和蒸汽升压，升压时间1—1.25h，达到最高温度和压力
第三阶段：恒压期；温度和压力保持最高值
第四阶段：降压期
利用排气法使窑内温度降至100℃，压力0.1MPa，再用抽气法降温
例如：某水泥–矿渣–砂加气砼压蒸养护制度
养护阶段
抽真空
升压
恒压
降压
合计
压力（MPa）
0→-0.06
-0.06→1.5
1.5
1.5→0

时间（h）
0.5
2.0
6.0
2.0
10.5
六 高压湿热养护设备—蒸压窑
（一） 蒸压窑的性能
蒸压窑是钢制的密封压力容器，常用规格直径为2.85×39m指标
工作压力：1.5MPa
工作温度：200.43℃
工作介质：饱和蒸汽
真空压力：-0.07MPa
总容积： 255 m3
总质量： 101 T
窑内制品体积：64.8m3
全线设置20个工位，流水节拍为20min
工艺流程：
放张→脱模→清模→涂隔离剂→铺筋→合模→张拉→浇注→成型→预养→抹光→入窑→养护→出窑
（二） 成组立模
1 概念：在固定组装的金属模中垂直成型砼制品的方法
2 成组立模构造：例如：悬挂式成组立模
由九片竖向放置的模板组成，相邻模板之间的空间即为砼板材的成型腔，模板边缘固定有由钢板为边模和底模，一次成型八块板
模板支撑采用悬挂式：

╬
╬
吊车梁
柱
振动器

3 养护：模板的空腔内放置蒸汽排管，进入蒸汽形成热腔，对制品加热
4 操作过程：
（1） 折模：开启边立模（侧模），吊出制品
（2） 清理：涂隔离剂：清理模板表面，喷涂隔离剂
（3） 底模和边模安装
（4） 钢筋安装：安装刚筋骨和预埋件并固定
（5） 安装门窗模框
（6） 合模重复操作（1）--（6）项，到整组立模完成
（7） 保温装置
（8） 除污灌：排出冷氧水
（三） 真空泵：30—40min将窑内空气抽出达到要求
（四） 压蒸窑的安全操作
1每台窑配置两支，其额定开启压力根据蒸压窑允许工作压力
2 窑门锁闭装置每次送气要检查一次
3 进气口设置挡板，阻止蒸汽直接喷射到制品
4 密封圈及时检查
5 开窑门，必须窑内余汽放尽，操作者不得面向窑盖方向作业
6 保持输水设备畅通
7 有下述情况应停止操作：
（1） 安全器件失效
（2） 窑内压力超压
（3） 窑体或窑口发生变形或出现裂纹
8 计温计压仪器定期检查
（五） 压蒸窑余热利用
压蒸窑内的余汽和冷凝水含热量占总共热量的30—35%
1 余汽利用：（1） 利用降压窑余汽送至升压窑作为加热介质
（2） 作为预养窑和静仃间的热流
（3） 加热生产和生活用水
2 冷凝水利用：每台窑产生冷凝水5—8T，温度为40—100℃
（1） 加热生活用水
（2） 加热锅炉给水