秦　力，李　敏，丁婧楠

(東北電力大學(xué) 建筑工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

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高溫高濕養(yǎng)護(hù)對(duì)高強(qiáng)混凝土耐久性的影響

秦力，李敏，丁婧楠

(東北電力大學(xué) 建筑工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

摘要：隨著對(duì)混凝土研究的深入發(fā)展，不同養(yǎng)護(hù)方式對(duì)混凝土長期耐久性的影響也逐漸受到重視。高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度較高，對(duì)于養(yǎng)護(hù)條件的要求也更加的嚴(yán)格。高溫高濕養(yǎng)護(hù)作為提高混凝土早期強(qiáng)度的重要技術(shù)手段，在工程應(yīng)用中具有重要的意義，不僅如此，它對(duì)混凝土的長期耐久性也具有一定的改善作用：高溫高濕養(yǎng)護(hù)能夠提高高強(qiáng)混凝土的抗凍性能和抗氯離子滲透性，但在改善高強(qiáng)混凝土抗碳化性方面并沒有發(fā)揮十分積極的作用。

關(guān)鍵詞：高溫高濕養(yǎng)護(hù)；高強(qiáng)混凝土；耐久性

良好的養(yǎng)護(hù)對(duì)于混凝土功能的建立具有重要的作用，對(duì)于高強(qiáng)混凝土來說，養(yǎng)護(hù)條件的變化也會(huì)敏感的反應(yīng)到其質(zhì)量上。上世紀(jì)90年代，Basham就研究發(fā)現(xiàn)高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件可以提高混凝土的早期強(qiáng)度[1]，并且隨著混凝土強(qiáng)度的提高這種表現(xiàn)尤為明顯。Gowripalan等人的研究認(rèn)為，提高混凝土的養(yǎng)護(hù)溫度可以降低其內(nèi)部孔隙率和表面透氣性，增強(qiáng)其耐久性能[2]。

國內(nèi)外諸多研究表明，強(qiáng)度的提高在短期內(nèi)可以彌補(bǔ)混凝土耐久性的不足，但經(jīng)不住不良因素的長期作用。除了環(huán)境因素和混凝土材料本身的因素，養(yǎng)護(hù)條件對(duì)于提高混凝土的耐久性也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。本文主要通過試驗(yàn)研究高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件對(duì)高強(qiáng)度混凝土耐久性的影響作用。

1原材料

試驗(yàn)采用的是C60高強(qiáng)混凝土，其的配合比見表1。水泥采用的是P42.5普通硅酸鹽水泥，其化學(xué)成分見表2；試驗(yàn)采用Ⅰ級(jí)粉煤灰，其品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果見表3；礦渣粉采用S95級(jí)，其品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果見表4；細(xì)骨料采用天然中砂，其細(xì)度模數(shù)為2.71，粗骨料采用機(jī)械破碎級(jí)配碎石，其平均直徑20 mm，表觀密度2 750 kg/m3，面干吸水率0.42%，含泥量0.0%，堅(jiān)固性1.9%；外加劑采用液態(tài)萘系緩凝高效減水劑(減水率34%，含氣量2%)。

表1　C60高強(qiáng)混凝土配合參數(shù)

表2　P42.5普通硅酸鹽水泥化學(xué)成分

表3　試驗(yàn)采用Ⅰ級(jí)粉煤灰品質(zhì)檢驗(yàn)參數(shù)

表4　礦渣粉采用S95級(jí)品質(zhì)檢驗(yàn)參數(shù)

2試驗(yàn)方法與標(biāo)準(zhǔn)

混凝土的拌和、成型按DL/T5150-2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。試件采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和制件，混凝土耐久性能的測試均按GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能及耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)程進(jìn)行。試件耐久性的評(píng)定尊照J(rèn)GJ/T193-2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的評(píng)定方法。

試件的制作采用相同的配合比和相同的拌合條件，等量分為2組，A組進(jìn)行高溫高濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度80 ℃，相對(duì)濕度95%以上，B組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度20±2 ℃，相對(duì)濕度95%以上。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天后進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。

3試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1外觀質(zhì)量差異

經(jīng)養(yǎng)護(hù)28天后，兩組混凝土試件外觀質(zhì)量并沒有太大差異，將試件切開后，A組試件的內(nèi)部顏色比B組稍深一些；兩組試件的質(zhì)量有微小的差異，A組試件的平均質(zhì)量10.13 kg，B組試件平均質(zhì)量9.83 kg，A組比B組的平均質(zhì)量大0.3 kg。這主要是高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件下，水泥的水化反應(yīng)進(jìn)行的較快，凝膠產(chǎn)物較多，結(jié)合了較多的水產(chǎn)生的結(jié)果。

3.2對(duì)抗凍性的影響

在我國東北、西北和華北地區(qū)，凍融破壞是混凝土建筑物在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的主要病害之一，對(duì)于渡槽、水閘等水工混凝土建筑物，凍融破壞的影響范圍更為廣泛。

在較高的溫度和濕度條件下，混凝土的強(qiáng)度發(fā)展十分迅速，而抗凍能力與其強(qiáng)度密切相關(guān)[3]。并且高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度較高，對(duì)于凍融破壞也有較強(qiáng)的抵抗能力。按照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能及耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中快凍法的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行凍融試驗(yàn)，經(jīng)凍融300次后，測試試件的質(zhì)量和彈性模量，試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可見，兩種養(yǎng)護(hù)條件下，試件的質(zhì)量損失率和彈性模量損失率都不足1%。相比之下，高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件下，凍融300次后試件的質(zhì)量損失率為0.59%，彈性模量損失率為0.48%，明顯低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的0.81%和0.98%。產(chǎn)生這種差異的原因主要是兩組試件養(yǎng)護(hù)過程中水分和溫度的不同。首先，水分在Ca(OH)2結(jié)合SiO2轉(zhuǎn)變成C-S-H的過程中必不可少，而且水分的補(bǔ)充越是盡早充分，對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的發(fā)展越有利[4]。相對(duì)濕度不同于絕對(duì)濕度，在相同的相對(duì)濕度值下，80 ℃空氣中的水分要遠(yuǎn)大于20 ℃空氣中的水分，即高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件下的水分補(bǔ)給要高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。其次，對(duì)于溫度而言，高溫對(duì)于混凝土凝結(jié)硬化速率的發(fā)展是絕對(duì)有利的，80 ℃蒸汽養(yǎng)護(hù)下，兩天就能達(dá)到試件標(biāo)號(hào)強(qiáng)度的70%[5]，因此，在高溫高濕的養(yǎng)護(hù)條件下試件強(qiáng)度發(fā)展較早，28天齡期時(shí)，其內(nèi)部水化反應(yīng)和強(qiáng)度的發(fā)展都較標(biāo)準(zhǔn)條件下更為充分，其對(duì)于凍融破壞的抵抗能力也相對(duì)較強(qiáng)。

表5　測試試件的質(zhì)量和彈性模量試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)

圖1　殘余強(qiáng)度對(duì)比圖

高強(qiáng)混凝土試件經(jīng)凍融300次后，質(zhì)量和彈性模量損失十分微小，但強(qiáng)度有較大的降低，如圖1。經(jīng)凍融300次后，高溫高濕養(yǎng)護(hù)下的試件殘余強(qiáng)度為53.8 MP，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的試件殘余強(qiáng)度為36.9 MP，這也說明，高溫高濕養(yǎng)護(hù)環(huán)境可以顯著提高高強(qiáng)混凝土的抗凍性。

3.3對(duì)抗氯離子滲透性的影響

混凝土的滲透性對(duì)其耐久性有重要的影響，美國的Metha，英國的Nevill及我國已故工程院院士吳中偉等國內(nèi)外許多專家都認(rèn)為，大幅度提高混凝土的抗?jié)B性是改善混凝土耐久性的關(guān)鍵[6]?；炷恋目孤入x子滲透性能是阻止由氯離子引發(fā)的鋼筋銹蝕提高混凝土壽命的重要特性。氯離子對(duì)混凝土的侵蝕主要有擴(kuò)散作用、毛細(xì)管作用、滲透作用和電化學(xué)遷移，目前的研究認(rèn)為，滲透是其中主要的作用方式[7]。

圖2　電通量對(duì)比圖

試驗(yàn)按照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能及耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中電通量法的試驗(yàn)規(guī)程測試混凝土試件的抗氯離子滲透性，高強(qiáng)混凝土的抗氯離子滲透能力較強(qiáng)，這一點(diǎn)通過本試驗(yàn)也得到了驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖2。28天養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)，連續(xù)通電6 h后，高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件下試件的電通量僅為99.6C，按照J(rèn)GJ/T193-2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)定等級(jí)為Q-Ⅴ，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下試件電通量為505.7C，評(píng)定等級(jí)為Q-Ⅳ。Kim等人的研究認(rèn)為，礦物摻合料的摻加會(huì)減少氯化物在混凝土中的擴(kuò)散[8]。試驗(yàn)配合比中摻有30%的粉煤灰和礦渣粉，其中的SiO2等成分會(huì)與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng)，產(chǎn)生硅酸鹽類凝膠，減少或阻斷內(nèi)部的毛細(xì)孔隙，使高強(qiáng)混凝土的微觀結(jié)構(gòu)更加致密，高溫高濕的養(yǎng)護(hù)環(huán)境會(huì)使這種表現(xiàn)更加明顯。兩種不同的養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土電通量值相差5倍，排除偶然因素也可以判定，高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有顯著的改善作用，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)更加緊致密實(shí)，從而使混凝土結(jié)構(gòu)具有更高的抗氯離子滲透能力。

3.4對(duì)抗碳化性能的影響

近年來，碳化對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞作用并沒有得到足夠的重視，這不僅是由于其作用周期較長，還因?yàn)樘蓟瘜?duì)混凝土的劣化作用通常與其他腐蝕破壞作用并發(fā)。然而，本試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果顯示，高濃度CO2對(duì)混凝土試件的強(qiáng)度破壞非常大。

兩組試件養(yǎng)護(hù)28天后，按照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能及耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中碳化方法的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行。碳化到28天后，用酒精酚酞溶液測試，兩組混凝土試件的碳化深度都很小，并且兩組試件的碳化值差異并不大，如圖3。高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件下試件碳化深度約為1.1 mm，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下試件碳化深度約為1.2 mm，按照J(rèn)GJ/T193-2009《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)定等級(jí)均為T-Ⅳ，抗碳化能力較強(qiáng)。日本和泉等人就水泥種類及養(yǎng)護(hù)條件對(duì)碳化速度的影響的研究認(rèn)為，水泥水化反應(yīng)越早，其碳化速度越小[9]。

但是經(jīng)強(qiáng)度測試得出的結(jié)論完全相反。在碳化28天后，經(jīng)測試兩組的強(qiáng)度損失均很大，見圖4。高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件下碳化后的殘余強(qiáng)度僅為15.6 MP，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下碳化后的強(qiáng)度為25.9 MP。對(duì)此，Elke等人的研究認(rèn)為，摻加礦渣粉的混凝土抗碳化性能會(huì)減弱[10]；Ibrahim等人對(duì)養(yǎng)護(hù)方法的研究認(rèn)為，提高養(yǎng)護(hù)的溫度會(huì)降低混凝土的抗碳化性能[11]。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件下的殘余強(qiáng)度要比其低39.7%。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要有兩方面，一方面，高強(qiáng)混凝土中摻有粉煤灰和礦渣，其水化產(chǎn)物主要有Ca(OH)2和CSH，這兩種產(chǎn)物也是結(jié)合CO2的主要物質(zhì)[12]，因此，溫濕度越高，同等時(shí)間下，水化反應(yīng)進(jìn)行的越快越充分，產(chǎn)生的Ca(OH)2和CSH類物質(zhì)也越多，結(jié)合和吸附CO2的能力越強(qiáng)；另一方面，正常環(huán)境條件下空氣中的CO2濃度僅為0.03%左右，結(jié)構(gòu)致密的高強(qiáng)混凝土在這種濃度條件下，碳化作用進(jìn)行的非常緩慢，碳化20 mm的厚度需要數(shù)十載甚至上百年[13]。而試驗(yàn)所采用的是加速碳化的方法，CO2的濃度為20%，這大大提高了混凝土的碳化速度，致使碳化28天后，強(qiáng)度損失大半。

碳化后的兩種測試方法雖然得出相反的結(jié)論，但兩者并不矛盾。酒精酚酞溶液遇堿性物質(zhì)變紅色，遇其他物質(zhì)不變色?；炷恋乃^程先產(chǎn)生Ca(OH)2等，之后二次水化反應(yīng)產(chǎn)生CSH類物質(zhì)，高溫高濕養(yǎng)護(hù)條件下這兩種反應(yīng)都進(jìn)行的較快，消耗的Ca(OH)2較多，產(chǎn)生較多的CSH類物質(zhì)，這也與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的試件滴定酒精酚酞后紅色較深相對(duì)應(yīng)。CO2腐蝕擴(kuò)散的過程中不僅與Ca(OH)2反應(yīng)，還會(huì)與CSH發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞掉。這也說明對(duì)于摻加粉煤灰和礦渣粉等礦物摻合料的混凝土而言，酒精酚酞滴定測碳化深度并不靈敏，多種方法合并使用能提高試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

高溫高濕養(yǎng)護(hù)使高強(qiáng)混凝土的結(jié)構(gòu)更加致密從而在一定程度上阻止了CO2的進(jìn)入，同時(shí)在養(yǎng)護(hù)過程中會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較多的水化產(chǎn)物，這些水化產(chǎn)物具有較強(qiáng)的結(jié)合CO2的能力，或具有有利于CO2擴(kuò)散的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而削弱了高強(qiáng)混凝土的抗碳化能力，因此，其對(duì)高強(qiáng)混凝土的抗碳化能力是否有利不能確定。

圖3 碳化深度值圖4 殘余強(qiáng)度對(duì)比圖

4結(jié)論

高溫高濕養(yǎng)護(hù)可以顯著提高高強(qiáng)混凝土的早期性能，對(duì)其長期耐久性也有一定的改善作用：

(1)高溫高濕養(yǎng)護(hù)能夠促進(jìn)高強(qiáng)混凝土內(nèi)部一次和二次水化反應(yīng)的進(jìn)行，在提高早期強(qiáng)度的同時(shí)，也提高了其28天抵抗凍融破壞的能力；

(2)高溫高濕養(yǎng)護(hù)在提高水化反應(yīng)速率的同時(shí)也減少或阻斷了高強(qiáng)混凝土的毛細(xì)孔隙，相對(duì)增加了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的致密程度，從而提高了高強(qiáng)混凝土的抗抗氯離子滲透性；

(3)高溫高濕養(yǎng)護(hù)是否能夠提高高強(qiáng)混凝土的抗碳化能力不能確定。

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The Effect from Curing of High Temperature and High Humidity to Durability of High Strength Concrete

QIN Li，LI Min，DING Jing-nan

(Architectural Engineering College，Northeast Dianli University，Jilin Jilin 132012)

Abstract：With the further development of research on concrete，the influence of different curing methods on long-term durability of concrete is also gradually be taken seriously.The requirement of curing condition on high strength concrete is more strict.The conservation of High temperature and high humidity as an important technology to improve the early strength of concrete，has the vital significance in the engineering application.Besides，it also has the certain effect on the long-term durability of concrete:The conservation of High temperature and high humidity can improve the resistance of freezing and Cl-1permeability on high strength concrete，but it can’t improve the ability to resist carbonization corrosion.

Key words：Curing of high temperature and high humidity；High strength concrete；Durability

中圖分類號(hào)：TU528.31

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-2992(2016)01-0018-05

作者簡介：秦力(1970-)，男，遼寧葫蘆島人，東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院教授，博士，主要研究方向：高性能混凝土與結(jié)構(gòu)理論、輸電線路工程研究.

收稿日期：2015-12-10