閆　旭，呂利華

(東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

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養(yǎng)護(hù)方式對(duì)HPC試塊抗壓強(qiáng)度影響分析

閆旭，呂利華*

(東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

摘要：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、跟蹤養(yǎng)護(hù)、同期養(yǎng)護(hù)三種養(yǎng)護(hù)方式下高性能混凝土(HPC)的強(qiáng)度增長情況進(jìn)行跟蹤，對(duì)比分析得到不同養(yǎng)護(hù)方式對(duì)抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間增長的影響差異。當(dāng)齡期為28d時(shí)，對(duì)實(shí)體取芯和三種養(yǎng)護(hù)方式下試塊的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，探究哪種養(yǎng)護(hù)方式與HPC實(shí)體水化環(huán)境更為接近。結(jié)果表明，跟蹤養(yǎng)護(hù)方式下抗壓強(qiáng)度最高，同期養(yǎng)護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下抗壓強(qiáng)度相差不大。跟蹤養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度與實(shí)體最為接近，所以跟蹤養(yǎng)護(hù)與實(shí)體內(nèi)部環(huán)境相似，更適宜作為HPC的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方式。

關(guān)鍵詞：養(yǎng)護(hù)制度；HPC；抗壓強(qiáng)度；跟蹤養(yǎng)護(hù)

0引言

高性能混凝土(HPC)是由普通混凝土高強(qiáng)化的更深層次的研究成果[1]。外加劑及摻合料的使用，使HPC相比與普通混凝土(OC)改變顯著，其水化機(jī)制及微觀結(jié)構(gòu)的改變使HPC各方面性能得到顯著提升[2-4]，但卻使HPC變得對(duì)外界環(huán)境更加敏感[5]。而養(yǎng)護(hù)恰恰是為混凝土提供良好的水化外界環(huán)境，使其在最短的時(shí)間內(nèi)得到最佳最穩(wěn)的性能，并有效抑制原發(fā)缺陷的發(fā)生[6]，所以選擇合適的養(yǎng)護(hù)方式對(duì)HPC意義重大。Dhir等研究發(fā)現(xiàn)，過高的養(yǎng)護(hù)溫度不利于純水泥混凝土強(qiáng)度增長，卻有利于粉煤灰混凝土強(qiáng)度的增長，說明普通混凝土和高性能混凝土養(yǎng)護(hù)所需溫度存在巨大差異[7]。不能再將HPC與OC等同對(duì)待，所以應(yīng)對(duì)使用日益頻繁的HPC，建立適用的養(yǎng)護(hù)方式[8-9]。目前混凝土結(jié)構(gòu)驗(yàn)收時(shí)均采用同期現(xiàn)場取樣制作150 mm的正方體混凝土試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，以其28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)標(biāo)情況作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)度等級(jí)要求較低、結(jié)構(gòu)尺寸較小時(shí)，此種方法基本能反應(yīng)實(shí)體強(qiáng)度，但當(dāng)構(gòu)件尺寸增大，混凝土的內(nèi)部溫度增幅逐漸增大，強(qiáng)度偏差增大[10-16]?，F(xiàn)有養(yǎng)護(hù)方式落后且不能反映實(shí)體強(qiáng)度，為解決這問題，找到能替代HPC實(shí)體強(qiáng)度發(fā)展的養(yǎng)護(hù)方式。故對(duì)跟蹤養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、同期養(yǎng)護(hù)三種養(yǎng)護(hù)方式下的強(qiáng)度增長過程進(jìn)行對(duì)比研究。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

跟蹤養(yǎng)護(hù)采用大體積HPC核心的溫度作為HPC試塊的養(yǎng)護(hù)溫度；同期養(yǎng)護(hù)則需保證HPC試塊和大體積HPC處于相同的溫度環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)將試塊放在溫度20℃±2℃、相對(duì)濕度95%RH的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)。本試驗(yàn)?zāi)康氖牵阂哉业侥軐PC實(shí)際強(qiáng)度增長情況如實(shí)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)表達(dá)的養(yǎng)護(hù)方式為出發(fā)點(diǎn)，在以上三種養(yǎng)護(hù)方式中選取更接近實(shí)體內(nèi)部水化環(huán)境的養(yǎng)護(hù)方式，推薦其成為HPC標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度。本試驗(yàn)需在澆筑大體積HPC的同時(shí)，留取同批次HPC制作HPC試塊，將HPC試塊放在跟蹤養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、同期養(yǎng)護(hù)三種不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境中分別進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對(duì)HPC試塊的抗壓強(qiáng)度增長情況進(jìn)行跟蹤，了解不同養(yǎng)護(hù)方式對(duì)抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間增長的影響差異。當(dāng)齡期為28 d時(shí)，實(shí)體取芯測強(qiáng)。將取芯測強(qiáng)結(jié)果與三種養(yǎng)護(hù)方式下28 d抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，看哪種養(yǎng)護(hù)方式下28 d抗壓強(qiáng)度與實(shí)體實(shí)際抗壓強(qiáng)度值接近，確定最佳養(yǎng)護(hù)方式。試驗(yàn)中水泥用量定為240 kg/m3，硅粉摻量定為15 kg/m3，礦粉與粉煤灰摻配比例定為3∶1，具體試驗(yàn)配比見表1。

表1　試驗(yàn)配合比

2試驗(yàn)材料

所用的膠凝材料為P.O 42.5硅酸鹽水泥，II級(jí)粉煤灰、S95級(jí)磨細(xì)高爐礦渣粉和奧斯加密硅粉。減水劑為國產(chǎn)萘系高性能減水劑。粗集料為5～25 mm連續(xù)級(jí)配碎石；細(xì)集料為細(xì)度模數(shù)為2.6的中砂，堆積密度為1 721 kg/m3，表觀密度2 540 kg/m3。

3試驗(yàn)過程

在野外挖坑筑模，坑的內(nèi)徑尺寸為1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm。外包防水布、泡沫板進(jìn)行防水保溫隔熱，并設(shè)置溫度探頭。澆筑HPC，采集核心溫度(如圖1所示)，隨時(shí)調(diào)節(jié)跟蹤養(yǎng)護(hù)的水浴溫度保持與HPC核心的溫度一致。澆筑同時(shí)需留取同批次HPC做100 mm×100 mm×100 mm試塊54塊，平均分三組，分別置于預(yù)先設(shè)置的三種養(yǎng)護(hù)方式下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。當(dāng)齡期為2、3、7、14、28 d時(shí)，從各養(yǎng)護(hù)方式中取三塊試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試；當(dāng)齡期為28 d，在野外澆筑的實(shí)體表面隨機(jī)選取三點(diǎn)進(jìn)行取芯操作，切割上下表層進(jìn)行找平處理，留中間部分進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。

圖1　HPC核心溫度(跟蹤養(yǎng)護(hù)執(zhí)行溫度)Fig.1 The core temperature of HPC(maintenance tracking)

4試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1試驗(yàn)結(jié)果

三種養(yǎng)護(hù)方式下，HPC試塊的2、3、7、14、28 d抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果見表2。28 d實(shí)體鉆芯取樣的抗壓強(qiáng)度結(jié)果是61.23MPa。

表2　跟蹤養(yǎng)護(hù)、同期養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下抗壓強(qiáng)度

4.2試驗(yàn)結(jié)果分析

三種養(yǎng)護(hù)方式下各齡期強(qiáng)度值如圖2所示。由圖2可知跟蹤養(yǎng)護(hù)下HPC整體抗壓強(qiáng)度最高，位于三曲線最上端。與同期養(yǎng)護(hù)相比，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下抗壓強(qiáng)度略高但與同期養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度相差不大。跟蹤養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度平均值為49.37 MPa，是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下抗壓平均強(qiáng)度的1.29倍，兩者差距明顯。以達(dá)到40 MPa強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，跟蹤養(yǎng)護(hù)用時(shí)3 d，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)用時(shí)7 d，跟蹤養(yǎng)護(hù)比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)節(jié)省時(shí)間一半以上。說明養(yǎng)護(hù)方式不同，強(qiáng)度增長速率差異明顯。就各齡期之間不同養(yǎng)護(hù)方式下抗壓強(qiáng)度增長率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表3。

圖2　三種養(yǎng)護(hù)方式下抗壓強(qiáng)度對(duì)比Fig.2 The compressive strength of test under three ways of maintenance

時(shí)間/d0~22~33~77~1414~2121~28跟蹤養(yǎng)護(hù)增速/(MPa·d-1)16.674.952.680.900.0961.186同期養(yǎng)護(hù)增速/(MPa·d-1)9.888.252.371.080.2740.361標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)增速(/MPa·d-1)9.125.983.520.760.8510.720

由表3可知，跟蹤養(yǎng)護(hù)下0~2 d抗壓強(qiáng)度增長速率最快，明顯高于其他兩種養(yǎng)護(hù)方式下同期強(qiáng)度增速。僅用兩天時(shí)間，便達(dá)到33.34 MPa的抗壓強(qiáng)度，占跟蹤養(yǎng)護(hù)28 d抗壓強(qiáng)度51.9%。0~2 d的跟蹤養(yǎng)護(hù)平均溫度為26.47℃，明顯高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度。說明適當(dāng)提高養(yǎng)護(hù)溫度可以顯著提升HPC的早期抗壓強(qiáng)度。在0~2 d，HPC內(nèi)部發(fā)生水化反應(yīng)的物質(zhì)主要為水泥顆粒，此反應(yīng)在跟蹤養(yǎng)護(hù)環(huán)境下的速率比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)高一倍。說明標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的溫度相對(duì)跟蹤養(yǎng)護(hù)不太適合HPC水化反應(yīng)的進(jìn)行，HPC水化早期反應(yīng)的適宜溫度應(yīng)比20℃高。跟蹤養(yǎng)護(hù)7 d后，試塊抗壓強(qiáng)度增長速率降至0.9 MPa/d，增速速率明顯降低。跟蹤養(yǎng)護(hù)14 d后增長速率不足0.1 MPa/d，增長基本停滯，此時(shí)抗壓強(qiáng)度為55.31 MPa，已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d的抗壓強(qiáng)度值，說明跟蹤養(yǎng)護(hù)相比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)更有利于HPC中期抗壓強(qiáng)度的增長，要求跟蹤養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時(shí)間要短。跟蹤養(yǎng)護(hù)21 d后，抗壓強(qiáng)度增長速率回升至1.186 MPa/d，HPC的內(nèi)部的水化反應(yīng)再度開始。0~28 d，水化反應(yīng)速率一增一降再增的過程主要因?yàn)椋?~2 d時(shí)HPC主要發(fā)生水化反應(yīng)的物質(zhì)是鋁酸三鈣，水化反應(yīng)較迅速，抗壓強(qiáng)度增速較快；2~14 d，抗壓強(qiáng)度增長速率逐漸將至較低水平，說明HPC內(nèi)部水化反應(yīng)速率逐漸降低，水化物質(zhì)逐漸由鋁酸三鈣轉(zhuǎn)為硅酸三鈣等其他水化速率較慢的物質(zhì)；14~21 d，強(qiáng)度增長速率非常低，水化反應(yīng)基本停滯，其原因主要是水泥顆粒發(fā)生的水化反應(yīng)生成較多的氫氧化鈣，氫氧化鈣是微溶物質(zhì)，逐漸析出覆蓋在水泥顆粒表面形成氫氧化鈣晶體，阻礙水泥顆粒的繼續(xù)水化，導(dǎo)致強(qiáng)度增長停滯；21~28 d，強(qiáng)度增長速率再次上升，則是因?yàn)樵囼?yàn)配比中有大量的礦物摻合料，礦物摻合料中的活性物質(zhì)和氫氧化鈣晶體發(fā)生反應(yīng)，使水泥顆粒表面的氫氧化鈣晶體逐漸消失，水泥顆粒得以再次水化，水化速率有所回升。對(duì)跟蹤養(yǎng)護(hù)的21~28 d養(yǎng)護(hù)溫度進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：此段時(shí)間的溫度基本維持在15℃左右，跟蹤養(yǎng)護(hù)下HPC抗壓增長速率仍比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下抗壓強(qiáng)度增長速率高，說明適宜HPC的21~28 d水化溫度應(yīng)該在20℃以下。溫度太高不適宜HPC水化二次反應(yīng)的進(jìn)行，甚至?xí)?duì)HPC的強(qiáng)度增長不利。

澆筑后28 d進(jìn)行實(shí)體取芯，經(jīng)切割、打磨、制樣、測得抗壓強(qiáng)度為61.38 MPa，考慮到實(shí)際在取芯過程中會(huì)有些許擾動(dòng)，實(shí)際實(shí)體抗壓強(qiáng)度理論上應(yīng)稍大于此值。對(duì)三種養(yǎng)護(hù)方式下的28 d抗壓強(qiáng)度進(jìn)行相近程度分析，結(jié)果見表4。從表4中可直觀看出：跟蹤養(yǎng)護(hù)下28 d抗壓強(qiáng)度與之最為接近，且大于取芯強(qiáng)度，符合推斷。由此可得：跟蹤養(yǎng)護(hù)與實(shí)體內(nèi)養(yǎng)生環(huán)境最為接近，在跟蹤養(yǎng)護(hù)養(yǎng)生環(huán)境下所得數(shù)據(jù)更具有代表性，跟蹤養(yǎng)護(hù)應(yīng)推薦成為HPC的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方式。

表4　三種養(yǎng)護(hù)方式下抗壓強(qiáng)度與28d

5結(jié)論

(1)對(duì)HPC強(qiáng)度增長趨勢研究所得：澆筑后的7 d內(nèi)適當(dāng)升高養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)HPC的強(qiáng)度形成有益；澆筑后14~28 d的HPC水化不需要高溫，養(yǎng)護(hù)溫度應(yīng)適當(dāng)降低，否則會(huì)阻礙HPC水化反應(yīng)的進(jìn)行。溫度恒定的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)并不是HPC最好的養(yǎng)護(hù)方式，其養(yǎng)護(hù)的試塊強(qiáng)度值與實(shí)體強(qiáng)度相差較大，不可作為實(shí)體強(qiáng)度的替代。

(2)相同HPC試塊，在跟蹤養(yǎng)護(hù)下強(qiáng)度增長較快，最終強(qiáng)度較高。相比與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，跟蹤養(yǎng)護(hù)下的試塊強(qiáng)度與實(shí)體強(qiáng)度更為接近，能夠替代實(shí)體強(qiáng)度。針對(duì)HPC，應(yīng)推薦使用跟蹤養(yǎng)護(hù)作為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)HPC的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度。

(3)為了簡化實(shí)驗(yàn)過程，降低試驗(yàn)難度，及時(shí)開發(fā)配套的養(yǎng)護(hù)設(shè)備，并針對(duì)不同配比的HPC建立完善的養(yǎng)護(hù)溫度曲線形成溫度手冊(cè)供跟蹤養(yǎng)護(hù)的使用者使用。

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Analysis on the Influence of Maintenance Method on the CompressiveStrength of HPC Test Block

Yan Xu，Lv Lihua*

(College of Civil Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Abstract：In this paper，the strength growth of HPC under the standard curing，maintenance tracking，and simultaneous maintenance was analyzed and compared to understand the impact difference of HPC strength growth along time under different maintenance modes.At the 28th day，the coring strength and the comprehensive strength under different maintenance modes were compared to discuss which maintenance mode was much closer to nature.Results showed that the compressive strength of HPC under maintenance tracking mode was the highest and the difference of the comprehensive strength growth of HPC under standard curing and simultaneous maintenance was very small.The comprehensive strength at the 28th day under maintenance tracking mode was more similar to the actual situation；therefore maintenance tracking was suitable as the standard maintenance mode of HPC.

Keywords：maintenance mechanism；HPC；compressive strength；maintenance tracking

中圖分類號(hào)：TU 755.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-005X(2016)02-0078-04

作者簡介：第一閆旭，碩士研究生。研究方向：高性能混凝土。*通信作者：呂利華，碩士，副教授。研究方向：高性能混凝土。E-mail:1624303026@qq.com

基金項(xiàng)目：黑龍江省科技廳科研項(xiàng)目(GC12A110)

收稿日期：2015-11-16

引文格式：閆旭，呂利華.養(yǎng)護(hù)方式對(duì)HPC試塊抗壓強(qiáng)度影響分析[J].森林工程，2016，32(2)：78-81.