■阮 坤

（福州新區(qū)交通建設(shè)有限責(zé)任公司，福州 350002）

混凝土的養(yǎng)護(hù)一般分為自然養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和快速養(yǎng)護(hù)。 快速養(yǎng)護(hù)[1]是將混凝土試件置于特殊的養(yǎng)護(hù)條件（高溫、高濕或者高壓等）下時(shí)能夠在短時(shí)間內(nèi)（幾小時(shí)）充分發(fā)展其極限強(qiáng)度顯著部分的方法；主要包括蒸汽養(yǎng)護(hù)，壓蒸養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù)等，該養(yǎng)護(hù)方式主要應(yīng)用于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)， 如管樁、電線桿等。

目前，與之相關(guān)的研究主要涉及不同養(yǎng)護(hù)條件下水泥的水化、水化產(chǎn)物和混凝土強(qiáng)度等，如Verback 等[2]研究了常溫養(yǎng)護(hù)和高溫養(yǎng)護(hù)下水泥的水化速率；趙興英等[3]的研究表明，高溫常壓的蒸汽養(yǎng)護(hù)下生成的水化產(chǎn)物的組成與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下沒有本質(zhì)區(qū)別， 但高溫高壓的壓蒸養(yǎng)護(hù)下水化產(chǎn)物種類繁多[4-5]；吳若塵[6]和陳陽亮等[7]研究表明，隨磨細(xì)砂摻量的遞增，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土抗壓強(qiáng)度均逐漸遞減； 壓蒸養(yǎng)護(hù)混凝土抗壓強(qiáng)度先遞增后降低；但他們未對(duì)其孔徑分布進(jìn)行研究且未對(duì)蒸壓養(yǎng)護(hù)混凝土進(jìn)行研究；陳偉等[8]研究表明，當(dāng)混凝土中無礦物摻合料（礦渣粉和磨細(xì)砂）時(shí)，與普通養(yǎng)護(hù)混凝土相比，蒸汽養(yǎng)護(hù)和壓蒸養(yǎng)護(hù)混凝土均能夠使孔隙結(jié)構(gòu)變粗、孔徑粗大化。 可見，養(yǎng)護(hù)方式不同，會(huì)影響到混凝土的強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)，但對(duì)于不同養(yǎng)護(hù)方式下混凝土強(qiáng)度及孔徑分布對(duì)比分析的研究還較少，因此，本文通過對(duì)四種養(yǎng)護(hù)方式（普通養(yǎng)護(hù)、蒸汽養(yǎng)護(hù)、壓蒸養(yǎng)護(hù)、蒸壓養(yǎng)護(hù)）下，摻磨細(xì)砂的混凝土抗壓強(qiáng)度及孔徑分布隨齡期的變化規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析，研究不同養(yǎng)護(hù)方式對(duì)摻磨細(xì)砂混凝土力學(xué)性能及孔徑分布的影響。

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料包括如下：（1）水泥：采用P.Ⅱ52.5 普通硅酸鹽水泥； 化學(xué)成分為燒失量2.34%、CaO 62.28%、SiO222.23%、Fe2O33.63%、Al2O35.24%、MgO 1.17%、SO32.36%、其他0.75%；物理性能指標(biāo)為比表面積361 m2/g、 初凝時(shí)間140 min、 終凝時(shí)間195 min、3 d 抗折強(qiáng)度6.3 MPa、28 d 抗折強(qiáng)度9.4 MPa、3 d 抗壓強(qiáng)度33.4 MPa、28 d 抗壓強(qiáng)度62.2 MPa；（2）粗骨料：福清碎石，表觀密度為2550 kg/m3，堆積密度為1450 kg/m3，針片狀顆粒含量為8.3%，壓碎指標(biāo)值為7%；（3）細(xì)骨料：閩清河沙表觀密度為2500 kg/m3，堆積密度1450 kg/m3；含泥量為0.3%； 細(xì)度模數(shù)為2.7； 平均含水率為5.67%，且保持穩(wěn)定；（4）磨細(xì)砂：磨細(xì)砂產(chǎn)自福建建華管樁有限公司， 具體性能指標(biāo)為比表面積405 kg/m3、 含水率0.1%、 二氧化硅91.5%、 密度2.63 g/cm3、氯離子含量0.016%、燒失量0.01%；（5）減水劑：采用YC-1 型萘系高效減水劑，其水泥凈漿流動(dòng)度為220 mm， 密度為1.218 g/cm3，pH 值為9，氯離子含量0.14%，堿含量0.014%，減水劑其他的性能為減水率18.6%、泌水率比45%、初凝時(shí)間為135 min、 終凝時(shí)間為180 min、3 d 抗壓強(qiáng)度比141、7 d 抗壓強(qiáng)度比136、28 d 抗壓強(qiáng)度比128；含氣量1.8%；（6）水：取自福建建華管樁有限公司的自來水。

2 混凝土配合比、制作及養(yǎng)護(hù)

2.1 混凝土配合比及制備

本試驗(yàn)采用高強(qiáng)混凝土， 配合比為理論用水135 kg/m3、 水泥270 kg/m3、 水粉比0.3、 天然砂645.15 kg/m3、石子1269.75 kg/m3、磨細(xì)砂180 kg/m3，在實(shí)驗(yàn)室中制備成100 mm×100 mm×100 mm 的立方體試塊。

2.2 混凝土養(yǎng)護(hù)

本文研究四種養(yǎng)護(hù)方式，其具體實(shí)施方式如表1所示。

表1 四種養(yǎng)護(hù)方式具體實(shí)施方式

3 試驗(yàn)方法

3.1 抗壓強(qiáng)度測試

按照GB/T50081-2002 《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)不同齡期（1 d、3 d、7 d、11 d、17 d、23 d、28 d）的混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試。

3.2 孔結(jié)構(gòu)測試

采用氮?dú)馕椒▽?duì)不同齡期 （1 d、3 d、7 d、11 d、17 d、23 d、28 d） 混凝土進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)測試，試驗(yàn)儀器為北京金埃譜公司生產(chǎn)的V-Sorb2800-孔結(jié)構(gòu)分析儀。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 抗壓強(qiáng)度

不同養(yǎng)護(hù)方式下混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化規(guī)律如圖1 所示。 由圖1 可知：不同養(yǎng)護(hù)方式混凝土的抗壓強(qiáng)度隨齡期均呈現(xiàn)增長的趨勢，脫模后（1 d 齡期）壓蒸養(yǎng)護(hù)（AYZ）和蒸壓養(yǎng)護(hù)（AZY）混凝土抗壓強(qiáng)度已高于28 d 齡期普通養(yǎng)護(hù) （APT）。 其中，7 d 齡期普通養(yǎng)護(hù)（APT）、蒸汽養(yǎng)護(hù)（AZQ）、壓蒸養(yǎng)護(hù)（AYZ）及蒸壓養(yǎng)護(hù)混凝土的抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到了其28 d 齡期抗壓強(qiáng)度的70%、84.5%、92.8%、94.5%；28 d 齡期普通養(yǎng)護(hù)（APT）、蒸汽養(yǎng)護(hù)（AZQ）、壓蒸養(yǎng)護(hù)（AYZ）及蒸壓養(yǎng)護(hù)（AZY）混凝土抗壓強(qiáng)度分別為81.5、62.4、91.6、95.7 MPa，可見，蒸壓養(yǎng)護(hù)（先進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行壓蒸養(yǎng)護(hù)） 能夠在早期較短時(shí)間內(nèi)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度且各齡期抗壓強(qiáng)度均最高。 蒸汽養(yǎng)護(hù)（AZQ）5 d 齡期以前混凝土抗壓強(qiáng)度高于同齡期普通養(yǎng)護(hù)（APT） 混凝土抗壓強(qiáng)度， 但5 d 齡期以后卻低于同齡期普通養(yǎng)護(hù)（APT）混凝土的抗壓強(qiáng)度，與文獻(xiàn)研究結(jié)果[9]相同。 原因是混凝土主要是由骨料、砂漿及砂漿與骨料之間的界面過渡區(qū)組成，在蒸汽階段，由于溫度升高（最高溫度80℃），水泥水化加快，使其在蒸汽養(yǎng)護(hù)后早期抗壓強(qiáng)度比同齡期普通養(yǎng)護(hù)混凝土抗壓強(qiáng)度高，但由于混凝土中石子和砂漿的熱膨脹系數(shù)不同，造成石子和砂漿之間產(chǎn)生裂紋或者石子與砂漿之間的粘結(jié)力下降，使混凝土后期抗壓強(qiáng)度與其他養(yǎng)護(hù)方式相比大幅度降低；壓蒸養(yǎng)護(hù)（AYZ）通過在高壓釜中進(jìn)行高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)雖然也容易導(dǎo)致混凝土微結(jié)構(gòu)粗大化，但磨細(xì)砂中的二氧化硅與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣在高溫下反應(yīng)生成強(qiáng)度較高的托勃莫來石族水化產(chǎn)物[9-10]，從而顯著提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度；蒸壓養(yǎng)護(hù)（AZY）在加壓高溫（壓蒸）之前進(jìn)行短時(shí)間的蒸汽養(yǎng)護(hù)，可加快水化反應(yīng)，并產(chǎn)生更多的氫氧化鈣，但由于時(shí)間短，不至于使混凝土內(nèi)部過早地產(chǎn)生裂紋，之后加壓高溫，磨細(xì)砂中的二氧化硅與更多的水化產(chǎn)物氫氧化鈣仍會(huì)反應(yīng)生成強(qiáng)度較高的托勃莫來，因此通過蒸汽與壓蒸結(jié)合的蒸壓養(yǎng)護(hù)（AZY）對(duì)混凝土的強(qiáng)度發(fā)展最有利。

圖1 不同養(yǎng)護(hù)方式下混凝土抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期的變化規(guī)律

4.2 孔徑分布

吳中偉院士根據(jù)孔徑大小把混凝土中的孔大致分為四大類：無害級(jí)孔（＜20 nm）、少害級(jí)孔（20～50 nm）、有害級(jí)孔（50～200 nm）、多害級(jí)孔（＞200 nm）。同時(shí)，他又認(rèn)為增加50 nm 以下的孔，減少100 nm以上的孔，能夠大大提高混凝土的性能。 因此，本文將混凝土分為以下幾類：孔徑＜20 nm、孔徑20～50 nm、孔徑50～100 nm、孔徑＞100 nm。 根據(jù)這種分類方法，得到不同養(yǎng)護(hù)方式混凝土1 d、3 d、7 d、11 d、17 d、23 d 和28 d 的孔徑分布隨齡期的變化規(guī)律如圖2～5所示。

圖2 蒸壓養(yǎng)護(hù)（AZY）混凝土孔徑分布隨齡期的變化

圖3 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)（APT）混凝土孔徑分布隨齡期的變化

圖4 蒸汽養(yǎng)護(hù)（AZQ）混凝土孔徑分布隨齡期的變化

圖5 壓蒸養(yǎng)護(hù)（AYZ）混凝土孔徑分布隨齡期的變化

由圖2～5 可知， 各養(yǎng)護(hù)方式孔徑＜20 nm 的混凝土孔體積百分比隨齡期呈現(xiàn)增長的趨勢， 而孔徑＞100 nm 的混凝土孔體積百分比呈現(xiàn)減少的趨勢； 即微孔所占總孔的孔體積百分比逐漸增大，大孔所占總孔的孔體積百分比逐漸減少。 因?yàn)殡S著混凝土養(yǎng)護(hù)齡期的增加， 水泥膠凝材料不斷水化，水化產(chǎn)物填充孔隙，使混凝土中大孔所占的比重減少而增加了微孔的比重。 而微孔的增加和大孔的減少有利于提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性能，有利于改善混凝土的耐久性能。

由圖2～5 可知，28 d 齡期蒸壓養(yǎng)護(hù)（AZY）混凝土孔徑＜20 nm 的孔體積占總體積的46.23%，孔徑＞100 nm 的混凝土孔體積占總體積的2.8%； 普通養(yǎng)護(hù)（APT）混凝土孔徑＜20 nm 的孔體積占總孔體積的49.2%， 孔徑＞100 nm 的孔體積占總體積的7.36%；蒸汽養(yǎng)護(hù)（AZQ）混凝土孔徑＜20 nm 的孔體積占總孔體積的62.13%，孔徑＞100 nm 的孔體積占總體積的7.16%；壓蒸養(yǎng)護(hù)（AYZ）混凝土孔徑＜20 nm的孔體積占總孔體積的50.63%，孔徑＞100 nm 的孔體積占總體積的3.81%。可見，與普通養(yǎng)護(hù)（APT）相比，蒸汽養(yǎng)護(hù)（AZQ）可以顯著增加孔徑＜20 nm 的孔體積占比，蒸壓養(yǎng)護(hù)（AZY）及壓蒸養(yǎng)護(hù)（AYZ）混凝土對(duì)孔徑＜20 nm 的孔體積占比影響不大。 這主要由于在蒸汽養(yǎng)護(hù)階段（最高溫度為80℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為4 h），養(yǎng)護(hù)時(shí)間較短，溫度升高，有充足的蒸汽的存在， 使混凝土具有足夠的溫度和濕度， 水泥水化加快，這些水化產(chǎn)物填充砂漿中較大的孔隙，使混凝土中砂漿大孔減小，改善了混凝土的孔徑分布；壓蒸養(yǎng)護(hù)由于溫度過高，混凝土水化更加迅速，對(duì)混凝土孔徑分布具有改善作用， 但由于溫度過高且養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長容易導(dǎo)致混凝土微結(jié)構(gòu)粗大化， 使混凝土的砂漿產(chǎn)生細(xì)小的裂紋， 對(duì)混凝土孔徑分布產(chǎn)生不利的影響， 這兩種作用相互抵消使蒸壓和壓蒸養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土孔徑分布影響不大。

5 結(jié)論

（1）隨齡期的增長，四種養(yǎng)護(hù)方式下混凝土的抗壓強(qiáng)度均逐漸增大，但增幅的快慢有明顯的不同，其中普通養(yǎng)護(hù)混凝土（APT）增幅較快，蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土（AZQ）次之，蒸壓養(yǎng)護(hù)（AZY）和壓蒸養(yǎng)護(hù)（AYZ）混凝土變化最慢；（2）蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土早期（5 d 齡期以前）的抗壓強(qiáng)度均高于普通養(yǎng)護(hù)混凝土早期（5 d 齡期以前）的抗壓強(qiáng)度，但隨著齡期的繼續(xù)增長，蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土的抗壓強(qiáng)度卻低于普通養(yǎng)護(hù)混凝土的抗壓強(qiáng)度；（3）蒸壓養(yǎng)護(hù)及壓蒸養(yǎng)護(hù)均能在早期顯著地提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，1 d 齡期的強(qiáng)度已超過普通養(yǎng)護(hù)混凝土28 d 齡期的強(qiáng)度， 在測試齡期內(nèi)蒸壓養(yǎng)護(hù)混凝土的抗壓強(qiáng)度均最高；（4）隨養(yǎng)護(hù)齡期的增長， 四種養(yǎng)護(hù)方式下水泥石的孔徑分布均呈現(xiàn)大孔孔體積占比減少，而小孔、微孔孔體積占比增大的趨勢；與普通養(yǎng)護(hù)相比較，蒸汽養(yǎng)護(hù)可以較好地改善水泥石的孔徑分布， 而蒸壓養(yǎng)護(hù)和壓蒸養(yǎng)護(hù)對(duì)水泥石的孔徑分布無明顯的改善作用。