姜順龍,李春洪,郭文康

(1.云南省水利水電勘測設計研究院試,云南昆明650000；2.長江水利委員會長江科學院,湖北武漢430010)

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養(yǎng)護環(huán)境對水工長齡期混凝土強度增長規(guī)律的影響

姜順龍1,李春洪1,郭文康2

(1.云南省水利水電勘測設計研究院試,云南昆明650000；2.長江水利委員會長江科學院,湖北武漢430010)

摘要：研究了在標準養(yǎng)護環(huán)境和自然養(yǎng)護環(huán)境下,普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和摻粉煤灰硅酸鹽水泥的長齡期混凝土抗壓強度及其增長規(guī)律。結(jié)果表明：①自然環(huán)境下混凝土早期強度稍高于標準養(yǎng)護環(huán)境下混凝土強度,而后期強度則低于標準養(yǎng)護環(huán)境下混凝土的強度；②不同養(yǎng)護環(huán)境下的混凝土抗壓強度與齡期關(guān)系均呈對數(shù)增長關(guān)系；③養(yǎng)護環(huán)境對硅酸鹽水泥混凝土各齡期強度及其增長規(guī)律的影響稍大于礦渣硅酸鹽水泥混凝土；④摻粉煤灰硅酸鹽水泥混凝土具有早期強度較低,增長率較小,而后期強度增長速度快,至180 d齡期后仍有一定增長的特性。

關(guān)鍵詞：養(yǎng)護環(huán)境；水工混凝土；標準養(yǎng)護；自然養(yǎng)護；長齡期；抗壓強度

0引言

為避免由于溫度變化產(chǎn)生膨脹或收縮變形而產(chǎn)生溫度應力,導致大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫,一般采取摻入一定量的粉煤灰、磷渣或石灰石粉等摻合料或選用中熱、低熱或低熱礦渣硅酸鹽水泥等措施[1-2]。大體積混凝土一般具有早齡期(28d齡期之前)強度較低,后期強度增長率大的特點,為了充分發(fā)揮各種材料的特性并達到溫控防裂的效果,水工大體積混凝土大多選擇90、180d甚至360d等長齡期作為設計齡期。

混凝土的強度一般受多種因素的綜合影響,如水泥品種、配合比、骨料粒徑、施工工藝、外加劑、養(yǎng)護方法及環(huán)境等,其中養(yǎng)護制度對混凝土后期性能的發(fā)展有顯著的影響[3]。國內(nèi)外各學者的研究大多是控制或改變溫度、濕度、風速等單因素的影響[4,5],而現(xiàn)實的自然環(huán)境中由于自然氣候條件的復雜性和隨機性,混凝土的性能受多種因素的交叉綜合影響[6-8]。目前,在國內(nèi)對于自然養(yǎng)護環(huán)境下對混凝土抗壓強度增長規(guī)律的影響方面的研究相對較少,本文主要研究養(yǎng)護環(huán)境對普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥長齡期水工混凝土抗壓強度增長規(guī)律的影響,旨在揭示其影響程度及影響規(guī)律。

表1混凝土試件配合比

配合比類型水膠比粉煤灰摻量/%外加劑品種減水劑摻量/%砂率/%坍落度/mm單位體積混凝土材料用量/kg水水泥粉煤灰砂小石中石常態(tài)混凝土0.50SFG0.840100～12026018208166186180.530SFG0.840100～12013018278816618618泵送混凝土0.450SFB0.841160～1801603560779566566

1原材料及試驗方法

1.1原材料

試驗原材料采用云南某公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽P·O42.5水泥、礦渣硅酸鹽P·S·B32.5水泥；陽宗海電廠Ⅱ級粉煤灰；灰?guī)r人工砂石料,其中人工砂細度模數(shù)為2.96,小石、中石級配滿足要求；云南某公司SFG緩凝高效減水劑和SFB高效泵送劑等。

1.2試驗方法

制作不同水泥品種的混凝土試件進行試驗,具體為①普通硅酸鹽P·O42.5水泥+Ⅱ級粉煤灰3～180d齡期混凝土強度試驗；②礦渣硅酸鹽P·S·B32.5水泥3～180d齡期混凝土強度試驗?；炷猎嚰尚筒鹉：筮M行室內(nèi)標準養(yǎng)護(養(yǎng)護溫度控制在(20±3)℃,相對濕度95%以上)和自然養(yǎng)護(養(yǎng)護期內(nèi)溫度變化范圍為8.0～25.0 ℃,相對濕度變化范圍為32%～75%),然后測試試件抗壓強度,比較標準養(yǎng)護與自然養(yǎng)護方法對長齡期混凝土強度的影響差異,研究養(yǎng)護環(huán)境對不同水泥品種水工混凝土長齡期強度增長的影響程度及規(guī)律。

2配合比參數(shù)

試驗根據(jù)不同水泥品種的特性選擇不同的水膠比,普通硅酸鹽P·O42.5水泥和普通硅酸鹽P·O42.5水泥+30%Ⅱ級粉煤灰混凝土試驗組合選擇水膠比為0.5,坍落度在100～120mm的二級配常態(tài)混凝土；礦渣硅酸鹽P·S·B32.5水泥混凝土試驗選擇水膠比為0.45,坍落度為160～180mm的二級配泵送混凝土。具體配合比參數(shù)見表1。

3試驗結(jié)果與分析

3.1普硅水泥長齡期混凝土試驗

采用P·O42.5水泥、P·O42.5水泥+30%Ⅱ級粉煤灰混凝土2種試驗組合,在不同養(yǎng)護環(huán)境下長齡期混凝土各齡期抗壓強度試驗結(jié)果見表2,各齡期抗壓強度增長率見表3。不同養(yǎng)護環(huán)境下普通硅酸鹽水泥長齡期混凝土抗壓強度與齡期之間的關(guān)系曲線見圖1,抗壓強度增長率與齡期之間的關(guān)系曲線見圖2。

表2不同養(yǎng)護環(huán)境下普通硅酸鹽水泥長齡期混凝土強度試驗結(jié)果

齡期/d不摻粉煤灰抗壓強度/MPa標準養(yǎng)護自然養(yǎng)護摻30%粉煤灰抗壓強度/MPa標準養(yǎng)護自然養(yǎng)護320.624.213.813.9729.632.319.519.22840.138.929.728.89045.343.238.336.518047.744.343.538.4

表3不同養(yǎng)護環(huán)境下普通硅酸鹽水泥長齡期混凝土強度增長率

齡期/d不摻粉煤灰抗壓強度增長率/%標準養(yǎng)護自然養(yǎng)護摻30%粉煤灰抗壓強度增長率/%標準養(yǎng)護自然養(yǎng)護351.462.246.548.3773.883.065.766.728100.0100.0100.0100.090113.0111.1129.0126.7180119.0113.9146.5133.3

圖1　不同養(yǎng)護環(huán)境下普通硅酸鹽水泥長齡期混凝土抗壓強度與齡期之間關(guān)系曲線

圖2　不同養(yǎng)護環(huán)境下普通硅酸鹽水泥長齡期混凝土抗壓強度增長率與齡期之間關(guān)系曲線

從表2～表3試驗結(jié)果可知,采用P·O42.5水泥,在自然養(yǎng)護環(huán)境下?lián)脚c不摻粉煤灰混凝土的3～7d齡期抗壓強度均略高于標準養(yǎng)護環(huán)境,而在7d齡期之后標準養(yǎng)護環(huán)境下的混凝土各齡期抗壓強度的增長率逐步趕超自然養(yǎng)護環(huán)境的強度增長率,因而標準養(yǎng)護環(huán)境下的后期強度均高于自然養(yǎng)護環(huán)境。

表4不同養(yǎng)護環(huán)境下普通硅酸鹽水泥長齡期混凝土抗壓強度及其增長率與齡期之間的關(guān)系

類別粉煤灰摻量/%標準養(yǎng)護關(guān)系式相關(guān)系數(shù)R2自然養(yǎng)護關(guān)系式相關(guān)系數(shù)R2抗壓強度與齡期關(guān)系0RC=6.54ln(d)+15.60.967RC=4.77ln(d)+21.20.94830RC=7.28ln(d)+5.60.999RC=6.22ln(d)+7.40.992抗壓強度增長率與齡期關(guān)系0GC=16.30ln(d)+39.00.967GC=12.27ln(d)+54.60.94830GC=24.5ln(d)+18.70.999GC=21.6ln(d)+25.50.992

導致自然養(yǎng)護環(huán)境下混凝土早齡期(3～7d)強度高于標準養(yǎng)護環(huán)境,后期(28～180d)則低于標準環(huán)境的原因主要是環(huán)境溫度、濕度的差異。由于標準養(yǎng)護環(huán)境的溫度和濕度是恒定的,而自然養(yǎng)護環(huán)境中的溫度和濕度具有很大的隨機性和不穩(wěn)定性,水泥早期水化反應速度很快,自然環(huán)境下白天溫度較高加速了水泥水化反應。此外,由于自然環(huán)境中空氣濕度一般只有標準養(yǎng)護環(huán)境下的50%～60%,早期水泥的水化熱量的釋放需要消耗大量的水分,但因環(huán)境溫度較高使得混凝土熱量釋放速度較慢,而混凝土內(nèi)部溫度則隨之集聚后增加,進一步加速了水泥水化。因此,混凝土早期強度增長較快；而后期(28d后)由于置于自然環(huán)境中的混凝土試件內(nèi)部水分已基本消耗完畢,自然環(huán)境中的相對濕度較低導致水泥混凝土僅能在試件表面局部范圍能進一步水化,混凝土內(nèi)部容易出現(xiàn)未水化完成的區(qū)域,因此,置于自然環(huán)境下的混凝土內(nèi)部水泥水化的均勻性不如置于標準養(yǎng)護環(huán)境中的混凝土,導致其后期強度低于標準養(yǎng)護環(huán)境的強度。

由圖1、圖2可知,不同養(yǎng)護環(huán)境下?lián)脚c不摻粉煤灰混凝土的各齡期抗壓強度及抗壓強度增長率與齡期之間的增長關(guān)系相似,摻30%粉煤灰混凝土早齡期抗壓強度和抗壓強度增長率相對較低,后期抗壓強度增長快,180d齡期抗壓強度已達到或接近不摻粉煤灰混凝土,符合摻粉煤灰混凝土的強度增長規(guī)律。

利用最小二乘法對不同養(yǎng)護環(huán)境下普通硅酸鹽水泥混凝土抗壓強度與齡期之間的關(guān)系及抗壓強度增長率與齡期之間的關(guān)系進行回歸分析,結(jié)果見表4。從表4可知,不同養(yǎng)護環(huán)境下普通硅酸鹽水泥長齡期混凝土抗壓強度及其增長率與齡期之間呈對數(shù)增長關(guān)系,且相關(guān)關(guān)系顯著,相關(guān)系數(shù)均在0.94以上。比較可知,標準養(yǎng)護和自然養(yǎng)護環(huán)境下?lián)?0%粉煤灰混凝土抗壓強度與齡期之間的關(guān)系比不摻粉煤灰混凝土抗壓強度與齡期之間的對數(shù)增長關(guān)系的符合性更強。

3.2礦渣硅酸鹽水泥長齡期混凝土試驗

采用P·S·B32.5礦渣硅酸鹽水泥在標準養(yǎng)護和自然養(yǎng)護2種養(yǎng)護環(huán)境下得到的水工長齡期混凝土抗壓強度結(jié)果見表5。不同養(yǎng)護環(huán)境下礦渣硅酸鹽水泥長齡期混凝土抗壓強度及其增長率與齡期之間的關(guān)系曲線見圖3。

表5不同養(yǎng)護環(huán)境下礦渣硅酸鹽水泥長齡期混凝土抗壓強度及其增長率試驗結(jié)果

齡期/d抗壓強度/MPa標準養(yǎng)護自然養(yǎng)護抗壓強度增長率/%標準養(yǎng)護自然養(yǎng)護328.228.961.860.0736.137.879.278.42845.648.2100.0100.09054.554.2119.5112.418055.855.2122.4114.5

從表5可知,與普通硅酸鹽水泥混凝土類似,3～28d齡期標準養(yǎng)護環(huán)境下的混凝土抗壓強度均略低于自然養(yǎng)護環(huán)境下的抗壓強度,90～180d齡期標準養(yǎng)護環(huán)境下的混凝土抗壓強度略大于自然養(yǎng)護環(huán)境下的抗壓強度。從抗壓強度增長率來看,標準養(yǎng)護環(huán)境下各齡期的抗壓強度增長率均大于自然養(yǎng)護環(huán)境下的強度增長率。

圖3　不同養(yǎng)護環(huán)境下礦渣硅酸鹽水泥長齡期混凝土抗壓強度增長率與齡期之間關(guān)系曲線

由圖3可知,標準養(yǎng)護和自然養(yǎng)護環(huán)境下礦渣硅酸鹽水泥混凝土的各齡期抗壓強度及抗壓強度增長率與齡期之間的增長關(guān)系相似,與普通硅酸鹽水泥相同均呈對數(shù)增長關(guān)系,自然養(yǎng)護環(huán)境下各齡期抗壓強度增長率均略低于標準養(yǎng)護環(huán)境。

利用最小二乘法對不同養(yǎng)護環(huán)境下礦渣硅酸鹽水泥混凝土抗壓強度與齡期之間的關(guān)系及抗壓強度增長率與齡期之間的關(guān)系進行回歸分析,結(jié)果見表6。由表6可知,不同養(yǎng)護環(huán)境下礦渣硅酸鹽水泥長齡期混凝土抗壓強度及其增長率與齡期之間呈對數(shù)增長關(guān)系,且相關(guān)關(guān)系顯著,相關(guān)系數(shù)均在0.96以上。

3.3膠凝材料的差異對長齡期混凝土強度的影響

通過對上述試驗成果分析可知,標準養(yǎng)護環(huán)境和自然養(yǎng)護環(huán)境下改變水泥品種或摻入一定量的粉煤灰不會改變混凝土抗壓強度及其增長率隨齡期變化的增長規(guī)律,均呈對數(shù)關(guān)系增長。但由于水泥品種、粉煤灰等材料本身特性的影響,摻入粉煤灰后混凝土早齡期抗壓強度較低,后期抗壓強度增長率較大；相比之下,礦渣硅酸鹽水泥混凝土90d齡期后的抗壓強度增長率也稍大于普通硅酸鹽水泥,養(yǎng)護環(huán)境因素對礦渣硅酸鹽水泥的影響也相對較小。

4結(jié)論

(1)標準養(yǎng)護環(huán)境下長齡期混凝土早期抗壓(3～7d)強度低于自然養(yǎng)護環(huán)境下的強度；標準養(yǎng)護環(huán)境下長齡期混凝土后期(28～180d)抗壓強度則高于自然養(yǎng)護環(huán)境下的強度。

(2)不同養(yǎng)護環(huán)境下普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥土及摻粉煤灰混凝土抗壓強度與齡期之間均呈對數(shù)增長關(guān)系,且對數(shù)關(guān)系符合性良好,相關(guān)系數(shù)均大于0.94。

(3)不同養(yǎng)護環(huán)境下礦渣硅酸鹽水泥混凝土各齡期強度差異很小。因此,養(yǎng)護環(huán)境的差異對礦渣水泥混凝土強度影響稍小于普通硅酸鹽水泥混凝土。

(4)受材料固有特性差異的影響,摻粉煤灰混凝土早期強度相對較低,后期強度增長快；礦渣硅酸鹽水泥混凝土90d齡期后的強度增長率明顯高于普通硅酸鹽水泥混凝土。

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(責任編輯王琪)

收稿日期：2015- 07- 21

作者簡介：姜順龍(1960—),男,云南芒市人,高級工程師,主要從事水利工程質(zhì)量檢測工作；郭文康(通訊作者)．

中圖分類號：TU528.42

文獻標識碼：A

文章編號：0559- 9342(2016)04- 0113- 04

InfluencesofCuringEnvironmentonStrengthGrowthRulesofLong-ageHydraulicConcrete

JIANGShunlong1,LIChunhong1,GUOWenkang2

(1.YunnanInstituteofWater&HydropowerEngineeringInvestigation,DesignandResearch,Kunming650000,Yunnan,China;2.ChangjiangRiverScientificResearchInstituteofChangjiangWaterResourcesCommission,Wuhan430010,Hubei,China)

Abstract:The compressive strength and its growth law of ordinary Portland cement concrete, ordinary Portland cement concrete with fly ash and slag Portland cement concrete under standard curing environment and natural curing environment are studied respectively. The results show that, (a) the strength of concrete in early age under natural environment is slightly higher than that under standard curing condition, but the latter strength is lower than that; (b) under different curing conditions, the relationship between the strength and age is in line with the logarithmic growth; (c) the effect of curing environment on the strength and its growth law of Portland cement concrete in each age is little more than that of slag Portland cement concrete; (d) the concrete early strength of Portland cement with fly ash is lower and its growth rate is also lower too, however, the later strength growth rate is faster, even to 180d age, there is still a certain growth．

Key Words:curing environment; hydraulic concrete; standard curing; natural curing; long age; compressive strength