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        淺論自然養(yǎng)護對混凝土強度的影響

        2021-07-28 05:53:54劉恒成
        四川水泥 2021年7期
        關鍵詞:水化試件水泥

        劉恒成

        (東南沿海鐵路福建有限責任公司, 福建 福州 350013)

        混凝土結構應根據(jù)國家標準或業(yè)主提出的設計使用年限進行設計、施工和使用,在規(guī)定的服務年限內應確保結構混凝土的質量。為達到預定的結構混凝土的各項力學性能和耐久性能,應重視結構的設計及混凝土的施工、養(yǎng)護等環(huán)節(jié)?;炷恋目箟簭姸仁窃u價其質量的最重要的一項指標。近些年,隨著國家基礎設施和房地產(chǎn)大規(guī)模投資建設,工程建設出現(xiàn)的較多的質量問題, 其中,混凝土強度的不足占的比例不小。影響混凝土強度的因素很多,如原材料選用、配合比設計、施工工藝、養(yǎng)護等。今天我們就從自然養(yǎng)護這一環(huán)節(jié)來談談對混凝土強度的影響。

        1 混凝土養(yǎng)護的宗旨

        混凝土硬化后最基本的性能就是強度,混凝土澆搗后,逐漸凝結硬化,主要靠水泥水化作用,而水化過程需要適當?shù)臐穸?、溫度,為了保證混凝土有適宜的硬化條件,使其強度不斷增長,在混凝土澆筑終凝后應立即開始養(yǎng)護,其目的是:防止混凝土水分流失和早期開裂,保證混凝土中水泥充分水化,確保澆筑的混凝土發(fā)展成高強度、抗裂、抗?jié)B的耐久性混凝土。

        2 標準養(yǎng)護與干養(yǎng)護狀態(tài)下混凝土強度的對比

        混凝土澆筑后,不及時進行養(yǎng)護,混凝土中水分會蒸發(fā)過快,形成脫水現(xiàn)象,會使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化,不能轉化為穩(wěn)定的結晶,缺乏足夠的粘結力,會在混凝土表面出現(xiàn)片狀或粉狀脫落,從而影響混凝土的強度。近幾年的工程建設中房屋結構或隧道工程實體檢測出現(xiàn)了不同程度的混凝土回彈和取芯抗壓強度不合格的問題,其中,養(yǎng)護不到位也是一個重要的因素,往往也是建設者們最容易忽視的一個環(huán)節(jié)。

        為了驗證自然養(yǎng)護對混凝土強度的影響程度,筆者會同相關試驗室進行兩組試驗,其中一組于2019年11月14日(氣溫:14℃~23℃)在福州市試驗制作8組C35的標準試件,配合比為水泥:粉煤灰:砂:石:外加劑:水=1:0.43:2.77:3.82:0.014:0.58。其中4組為標養(yǎng),另外4組放置于室外干養(yǎng)護;另一組于2019年11月15日(氣溫:11℃~19℃)在福建省南平市試驗制作10組C30混凝土標準試件,配合比為水泥:粉煤灰:砂:石:外加劑:水=1:0.25:2.53:3.22:0.016:0.53。其中5組為標養(yǎng),另外5組放置于室外干養(yǎng)護。均分別在7d、14d、28d、56d齡期到期后進行碳化深度和強度抗壓試驗(如下圖),結果見表1、表2。

        圖1 標養(yǎng)試件(南平)

        圖2 干養(yǎng)護試件(南平)

        表1 C35混凝土試塊對比

        表2 C30混凝土試塊對比

        通過試驗發(fā)現(xiàn),第一組干養(yǎng)護56d試件開始出現(xiàn)碳化,其7d、14d、28d、56d的強度分別低于標養(yǎng)試件的8.7%、2.1%、4.9%、9.2%;第二組干養(yǎng)護的試塊表面碳化速度加快,7d、14d、28d、56d的強度也分別低于標養(yǎng)試件的4%、5.5%、14.9%、22.4%。試驗表明,混凝土干養(yǎng)護強度普遍低于標準養(yǎng)護強度,干養(yǎng)護狀態(tài)下混凝土初期強度有所增長,但以后就逐漸減慢了,且56天后的強度出現(xiàn)衰減的現(xiàn)象,試件碳化更早出現(xiàn)。

        3 影響混凝土強度的養(yǎng)護因素

        混凝土是水泥與砂、石等粗細骨料組成的復合材料,水泥石的力學性能起決定性作用。養(yǎng)護是為了保證水泥能正常進行水化反應,而環(huán)境的濕度、溫度和養(yǎng)護時間是影響水泥水化反應關鍵因素。

        3.1 養(yǎng)護濕度

        根據(jù)相關研究:混凝土的強度主要取決于水泥石中的膠空比,水泥進行水化反應時,混凝土中的凝膠體積會逐漸的增加,不斷填充混凝土成型初期的內部空腔,使混凝土中的毛細孔隙逐漸減小、變少,從而提高混凝土的密實度和強度。相關試驗表明,當周圍環(huán)境相對濕度小于80%時,水泥水化將趨于停止。從上述的對比試驗也可以看出:混凝土試塊干養(yǎng)護與標準養(yǎng)護相比,強度有所降低,后期強度出現(xiàn)不同程度衰減的現(xiàn)象。其實,實際施工過程中混凝土很難實現(xiàn)完全的水泥水化作用,有時混凝土的水泥早期還未全部水化,其強度就能達到設計要求,但水化充分能確?;炷莲@得更高的強度和耐久性。

        3.2 養(yǎng)護溫度

        根據(jù)相關試驗,混凝土放在溫度不同的水中養(yǎng)護28天后,然后再處于標準養(yǎng)護條件下繼續(xù)養(yǎng)護,反映出混凝土強度的發(fā)展規(guī)律可近似為:強度百分比(Rn)/養(yǎng)護齡期(R28)=lgn/lg28,反映出混凝土養(yǎng)護溫度與強度的正向關系,養(yǎng)護溫度越高,則混凝土初期強度也高。因此,養(yǎng)護溫度也是影響混凝土強度的發(fā)展一個重要的因素。夏季高溫時段澆筑的混凝土,尤其是>35℃時,水泥水化作用加快,早期水分蒸發(fā)前強度較高,但隨著水分逐漸蒸發(fā),后期水化減少,導致后期強度發(fā)展緩慢,甚至出現(xiàn)強度衰退。而在冬季養(yǎng)護溫度在4℃以下,混凝土水化反應緩慢,早期強度增長太過緩慢,往往不能適應實際施工的要求。因此規(guī)范提出冬季施工自然養(yǎng)護溫度5℃的分界要求。

        3.3 養(yǎng)護齡期

        混凝土養(yǎng)護的作用是使正常拌制的混凝土達到設計要求的強度,使其表面層具有一定的密實度和足夠的不透水能力,因此需要一個持續(xù)時間來保證?;炷帘韺拥馁|量的好壞對混凝土表面滲透率有很大的影響,混凝土養(yǎng)護持續(xù)時間跟養(yǎng)護期間的環(huán)境、混凝土拌合物對養(yǎng)護的敏感性有關,這里面包括摻合料、水泥品種、水灰比等。其中水灰比對混凝土拌合物的敏感性影響較大。因為,水灰比對混凝土的滲透性有很大影響,水灰比越大,混凝土硬化后內部孔隙率越大,滲透性越大。當水灰比超過0.55時,混凝土滲透性急劇增大;當水膠比小于0.4時,混凝土滲透性迅速降低,幾乎不滲透。因此,當水膠比超過0.55時,其養(yǎng)護齡期相較規(guī)范要適當延長。

        對含有大量摻合料的火山灰水泥、復合水泥等拌制成的混凝土,摻合料通過火山灰效應、二次水化反應等改變混凝土的滲透特征。粉煤灰活性較低,漿體中水化產(chǎn)物不夠,存在較多孔隙,前期混凝土的抗?jié)B性能較差,而后期火山灰效應逐漸顯現(xiàn),改善了混凝土的孔隙結構,從而改善了混凝土的抗?jié)B性。因此,養(yǎng)護期相對較長。

        4 混凝土自然養(yǎng)護的幾點思考

        混凝土自然養(yǎng)護和地域、季節(jié)、環(huán)境等有重要關系。對極端天氣,主要是夏季和冬季施工的混凝土養(yǎng)護要特別重視,養(yǎng)護期均應適當延長。

        4.1 夏季施工混凝土的養(yǎng)護

        夏季施工混凝土養(yǎng)護不及時,水分蒸發(fā)后得不到補給,強度增長緩慢,并容易產(chǎn)生塑性收縮裂縫,影響其耐久性。因此露天施工混凝土應做到初凝后應及時進行養(yǎng)護,炎熱季節(jié)應隨抹隨蓋,1小時后即開始持續(xù)不間斷澆水養(yǎng)護,確?;炷帘砻姹3殖浞譂駶櫊顟B(tài)。 較大面積平板類結構,用養(yǎng)生液養(yǎng)護是較好的。白色養(yǎng)生液所形成的薄膜還可反射陽光、減少熱吸收。

        夏季施工養(yǎng)護固然極其重要,但澆筑時能控制好入模溫度,更有利于混凝土的成型質量。如選取一天中溫度較低時段澆筑、對原材料采用防曬和降溫措施、對泵管和泵車包裹降溫等措施。

        4.2 冬季施工混凝土的養(yǎng)護

        冬季混凝土施工中,水的形態(tài)變化是影響混凝土強度增長的關鍵,研究表明,新澆筑混凝土在凍結前有一段預養(yǎng)期,可以增加其內部液相,減少固相,加速水泥的水化作用,提高混凝土早期強度。因此混凝土澆筑完成后保溫很重要,應立即覆蓋塑料薄膜加蓋草簾、棉氈等保溫養(yǎng)護,以保證混凝土初凝前不受凍。同時定期進行測溫,根據(jù)氣溫情況和施工工程部位,來選擇保溫方式、材質及厚度等。如氣溫低于5℃,應禁止采用灑水養(yǎng)護。

        4.3 養(yǎng)護措施的實現(xiàn)

        討論了這么多,混凝土養(yǎng)護技術再先進,最終還得落實落地才行。而現(xiàn)如今大多數(shù)工程,對現(xiàn)澆混凝土的自然養(yǎng)護往往未得到重視,施工作業(yè)層圖省事,未嚴格按作業(yè)指導書落實養(yǎng)護措施;管理者們技術交底走形式,往往混凝土澆筑完成后就不再過問,最終導致澆筑后的混凝土質量問題。人都有一定的惰性,稍有疏忽,違章行為就會替代良好的行為習慣。因此,要求管理者和施工人員都要有良好的質量意識,培養(yǎng)符合標準的良好習慣,讓習慣符合標準,讓標準成為習慣,確保養(yǎng)護措施落實到位。

        5 結語

        綜上所述,混凝土的自然養(yǎng)護過程中,理論上影響混凝土強度的主要因素是養(yǎng)護溫度、濕度和齡期,但人的主觀因素也很重要。因此,要保證混凝土的質量,對澆筑完的結構混凝土進行精心養(yǎng)護,除了嚴格控制好養(yǎng)護溫度、濕度和時間外,還需要建設者們根據(jù)不同的環(huán)境、季節(jié)及混凝土的品種等,運用良好的養(yǎng)護技術,確保實現(xiàn)混凝土最佳的各項性能。

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