袁濤，蔣元海，連洵桓

（嘉興學院，浙江 嘉興 314001）

0 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的建筑工程發(fā)展也隨之加快，混凝土需求量愈來愈大?；炷翉V泛應用于橋梁、隧道、房建、公路工程等方面，但在長期使用過程中，混凝土存在著一定程度的損害，尤其是一些需要長期接觸水環(huán)境的混凝土建筑。 水泥混凝土一旦出現(xiàn)腐蝕、開裂等現(xiàn)象，外部的水分就會進入到混凝土構件的內部，導致鋼筋的銹蝕，降低鋼筋的強度和混凝土的耐久性，從而影響混凝土構件的使用壽命， 降低混凝土的耐久性， 因此提高混凝土的耐水性十分重要。 混凝土的耐水性是指它在水介質中是否能保持原有外觀和強度的性能[1]。 衡量混凝土耐水性的指標為混凝土的軟化系數(shù)。 以不同強度等級的混凝土試件為研究對象， 分別在自然養(yǎng)護、標準養(yǎng)護及蒸汽養(yǎng)護的方式下進行養(yǎng)護，通過測定混凝土的軟化系數(shù)來研究混凝土的強度等級與養(yǎng)護方式對混凝土耐水性的影響。

1 試驗

1.1 原材料

水泥:P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥；P·O 52.5 普通硅酸鹽水泥。

骨料: 粗骨料為粒徑5～25 mm 的連續(xù)級配碎石，細骨料為細度模數(shù)2.7 的中砂。

減水劑:聚羧酸高性能減水劑，減水率26%。

礦物摻合料:粉煤灰具體性能見表1，礦渣粉具體性能見表2。

表1 粉煤灰基本性能

表2 礦渣粉基本性能

1.2 試驗方法

（1）試件制備與養(yǎng)護

按照規(guī)范GB/T50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行混凝土試件的制備，試件為100 mm×100 mm×100 mm 的立方體， 分別在自然養(yǎng)護、 標準養(yǎng)護和蒸汽養(yǎng)護三種方式下進行養(yǎng)護， 每種強度等級的混凝土試件需要制備18 塊，共6 組， 分別測定3 種養(yǎng)護方式下混凝土的軟化系數(shù)。

采用自然養(yǎng)護的試件：試件澆筑成型后，放置于室內，24 h 后對試件進行脫模。 脫模后，在室內進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為7 d，然后繼續(xù)在室內進行自然養(yǎng)護直至28 d 試驗齡期。

采用標準養(yǎng)護的試件： 成型好的試件用表面覆膜密封后, 放置于標準養(yǎng)護室(20±2 ℃,≥95%RH)中進行養(yǎng)護并于24 h 時拆模[2]。 對于標準養(yǎng)護的試件,采取全程標準養(yǎng)護的方式，養(yǎng)護至28 d 試驗齡期。

采用蒸汽養(yǎng)護的試件：試件澆筑成型后帶模放入標準養(yǎng)護室中靜停2 h， 隨后放入蒸汽養(yǎng)護箱內進行蒸汽養(yǎng)護，2 h 勻速升溫至70 ℃，升溫速率保持在25～30 ℃/h，再恒溫5 h，試件蒸養(yǎng)結束后采用自然降溫，降溫速率為15～20 ℃/h。 在升溫和降溫過程中,需注意控制養(yǎng)護箱內溫度由室溫勻速提升至規(guī)定養(yǎng)護溫度及由規(guī)定養(yǎng)護溫度勻速降低至室溫[3]。 降溫結束后，進行脫模，然后將試件放入標準養(yǎng)護室中繼續(xù)養(yǎng)護至28 d 試驗齡期。

（2）試件吸水飽和與干燥方式

吸水飽和方式：一組試件養(yǎng)護至25 d 齡期后，取出完全浸泡至水中，期間需要補充水分，保持試件浸沒在水中，到28 d 時取出，擦干表面水分，立即進行抗壓強度試驗。

干燥方式：另一組試件養(yǎng)護至28 d 齡期后，取出放置于恒溫干燥箱中進行干燥， 恒溫干燥箱溫度設置為105 ℃[4]。 干燥前期,每隔1 h 測量1 次試件質量,測量過程中干燥箱保持工作狀態(tài),將試件取出測量質量后應迅速放入干燥箱,以減小試驗誤差，干燥后期適當延長質量測量的間隔時間,每隔5 h 測量1 次試件質量。 當兩次測量的質量差值不大于1 g 時結束烘干，待混凝土試件冷卻至室溫后進行抗壓強度試驗[5]。 本試驗中，每組試件的干燥時間為20 h。

（3）抗壓強度測定

按照規(guī)范GB/T50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行抗壓強度測定。

（4）軟化系數(shù)

式中：KR—材料的軟化系數(shù)；f—材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度，MPa；F—材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度，MPa。

1.3 混凝土配合比及試驗環(huán)境

試驗一共需要制備6 種不同強度等級的混凝土試件，C30、C40、C50 強度等級混凝土試件采用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥配制；C60、C70、C80 強度等級混凝土試件采用P·O 52.5 普通硅酸鹽水泥配制，混凝土配合比見表3。

表3 混凝土配合比

其中C60、C70、C80 混凝土摻加了礦物摻合料（礦渣粉和粉煤灰）及外加劑（聚羧酸系減水劑），以礦渣粉為摻合料，是因為礦渣粉的活性較高，發(fā)生水化反應時，能夠生成對填補縫隙有作用的水化產(chǎn)物；以粉煤灰為摻合料，能夠提高新拌混凝土的和易性，同時可以產(chǎn)生更多能夠填充骨料間隙的砂漿[6]；而復摻粉煤灰、礦渣粉對混凝土具有微集料填充和二次水化反應雙重效應[7]。 在混凝土中摻加聚羧酸系高性能減水劑，是由于聚羧酸高性能減水劑對水泥分子具有超分散作用，且減水率大、強度增長明顯、坍落度損失小，可以有效提高混凝土的力學性能[8]。

試驗環(huán)境：本試驗的試驗時間在11～12 月份，天氣較為干燥，在室內環(huán)境下進行，室內溫度在15 ℃左右，晝夜溫差較大。

2 試驗結果分析

馬孿晶[9]從水泥的品種、水膠比、砂率、水泥混凝土的碳化作用、 砂石品種及養(yǎng)護方式等方面出發(fā)，分析了影響水泥混凝土耐水性的因素，并就此提出相關改進措施。本試驗從混凝土強度等級及養(yǎng)護方式兩方面進行分析。試驗對6 種不同強度等級的混凝土試件進行抗壓強度測定，不同強度等級混凝土試件的抗壓強度見表4，進而得出6 種不同強度等級混凝土試件的軟化系數(shù)，見表5。

表4 不同強度等級混凝土抗壓強度

表5 不同強度等級混凝土軟化系數(shù)

從表5 中可以看出，不同強度等級的混凝土試件在三種不同養(yǎng)護方式下的軟化系數(shù)均大于0.75，說明混凝土適用于受潮較輕或次要結構中。在自然養(yǎng)護的方式下，C30、C60、C70 混凝土的軟化系數(shù)較小，為0.80，而C50 混凝土的軟化系數(shù)最大，達到了0.92； 在標準養(yǎng)護的方式下，C60 混凝土的軟化系數(shù)最小，為0.82，C50 混凝土的軟化系數(shù)最大，為0.90； 在蒸汽養(yǎng)護的方式下，C60 混凝土的軟化系數(shù)最小，為0.77，C70 混凝土的軟化系數(shù)為0.94，達到最大。

2.1 混凝土強度等級對軟化系數(shù)的影響

混凝土的強度等級不同，一方面是由于混凝土的配合比不同，另一方面是由于配制混凝土的水泥品種不同、砂石品種不同及是否摻加摻合料和外加劑所導致的。本試驗中，所選用的砂石品種相同，且均符合JGJ 55—2011 《普通混凝土配合比設計規(guī)程》的要求，故進行分析時，不考慮這一因素，現(xiàn)從水膠比、水泥品種等方面進行分析。

由于C30、C40、C50 混凝土由P·O 42.5 普通硅 酸 鹽 水 泥 配 制 而 成，C60、C70、C80 混 凝 土 由P·O 52.5 普通硅酸鹽水泥配制而成，故分別繪制了由兩種不同品種水泥配制而成的混凝土軟化系數(shù)圖，如圖1、2 所示。

圖1 C30、C40、C50 混凝土軟化系數(shù)

圖2 C60、C70、C80 混凝土軟化系數(shù)

從圖1 可以看出， 由P·O 42.5 級水泥配制而成的混凝土試件， 隨著混凝土強度等級的提高，混凝土的軟化系數(shù)也隨之增大，這是由于混凝土的強度等級越低，其水膠比越大，當水泥發(fā)生水化反應后，未反應的自由水較多，其內部會形成較大孔徑的孔隙， 這些孔隙對于混凝土的耐水性十分不利。從圖2 看出， 由P·O 52.5 級水泥配制而成的混凝土試件，在自然養(yǎng)護方式下，混凝土的強度等級與混凝土的軟化系數(shù)成正相關。 在標準養(yǎng)護方式下，當混凝土強度等級為C70 時， 軟化系數(shù)出現(xiàn)了跳躍。 在蒸汽養(yǎng)護方式下， 隨著混凝土強度等級的增加，軟化系數(shù)呈現(xiàn)兩極分布，C70、C80 混凝土的軟化系數(shù)增加，分別達到了0.94、0.89，C60 混凝土的軟化系數(shù)出現(xiàn)下降趨勢，降低至0.77。這是因為一方面隨著混凝土強度等級的提高水膠比逐漸減小， 另一方面混凝土試件經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護后水化反應進行得更為充分，降低了試件的孔隙率，提高了混凝土試件的密實性，使得混凝土的吸水率較低，增大了混凝土試件在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度[10]。

2.2 混凝土養(yǎng)護方式對軟化系數(shù)的影響

李曉等對蒸養(yǎng)后的混凝土進行補充養(yǎng)護，分析不同養(yǎng)護方式對混凝土耐水性的影響，發(fā)現(xiàn)混凝土耐水性在不同養(yǎng)護方式下的表現(xiàn)不同[11]，本試驗分別對混凝土試件進行了自然養(yǎng)護、標準養(yǎng)護及蒸汽養(yǎng)護，探究混凝土的養(yǎng)護方式對軟化系數(shù)的影響。

從圖3、4、5 中可以看出，對于較低強度混凝土（C30、C40）， 標準養(yǎng)護的混凝土軟化系數(shù)最大，分別為0.84、0.88； 對于中等強度混凝土(C50、C60)，自然養(yǎng)護混凝土的軟化系數(shù)較大， 分別為0.90、0.82；對于較高強度混凝土(C70、C80），混凝土蒸汽養(yǎng)護下的軟化系數(shù)達到最大，分別為0.94、0.89。

圖3 自然養(yǎng)護下的軟化系數(shù)

圖4 標準養(yǎng)護下的軟化系數(shù)

圖5 蒸汽養(yǎng)護下的軟化系數(shù)

對于較低強度的混凝土而言，在標準養(yǎng)護下，隨著水化反應的進行，需要消耗的水分也在增加，在水的參與下，隨著齡期的增加，生成的水化產(chǎn)物逐漸填充混凝土的內部孔隙，提高了混凝土的密實性，而自然養(yǎng)護方式不能有效持續(xù)地提供水分，影響了水泥混凝土的二次水化反應，因此低強混凝土在標準養(yǎng)護下的軟化系數(shù)較高。 對于較高強度的混凝土，在蒸汽養(yǎng)護一段時間后， 再繼續(xù)放入標準養(yǎng)護室中，一方面可以促進水泥混凝土的進一步水化，另一方面可以對其在蒸養(yǎng)過程中產(chǎn)生的微小縫隙進行有效修復，對混凝土的耐水性起到改善作用。

3 結論

（1）混凝土強度等級對軟化系數(shù)有較大影響，C50和C80 混凝土在三種養(yǎng)護方式下均有較高的軟化系數(shù)，說明C50 和C80 混凝土在潮濕環(huán)境下的抗壓強度減弱較小，較適用于潮濕環(huán)境。

（2）混凝土的養(yǎng)護方式與軟化系數(shù)有較為明顯的聯(lián)系，對于較高強度的混凝土，在蒸汽養(yǎng)護方式下的軟化系數(shù)最大，其次是在標準養(yǎng)護下；對于中等強度的混凝土，在蒸汽養(yǎng)護方式下軟化系數(shù)不高；對于較低強度的混凝土，軟化系數(shù)在標準養(yǎng)護下達到最大。

（3）總體而言，混凝土的強度等級與養(yǎng)護方式對于其軟化系數(shù)均有影響，但相比較，混凝土的養(yǎng)護方式對軟化系數(shù)的影響更為明顯。