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    对混凝土养护方法的一思考与建议

    楼主:科明达一佰联混凝土 时间:2020-04-20 16:44:00

    0前言

    众所周知,混凝土浇筑成型后必须及时进行浇水覆盖保湿养护,以满足混凝土表面维持一定湿润状态的一需要,同时,为防止水分的一急剧蒸发,表面还应覆盖以塑料薄膜、麻袋片或草袋等材料→,但是,只做到这两点还是远远不 够 。

    其实,混凝土的一养护,目的一之一是要保证混凝土在一定时间内保持潮湿,以满足水泥水化的一用水需要;目的一之二是保证在不 同的一温度环境下,使混凝土保持合适的一内外温差№和其表面与环境的一温差,也就是说,混凝土断面及表面与外部环境要保持有合适温度梯度,还要保持合适的一升温速率、降温速率及较低的一最高温度 。因 此,传统、习惯的一旧有观念№和养护方法,随着水泥№和混凝土技术的一不 断发展№和进步,必须更新№和改变,并应赋于其新的一内容 。

    1混凝土养护的一“尽早及时”及持续时间的一“足够而适当”

    1.1混凝土开始养护的一时间应尽早及时

    GB50204《混凝土结构工程施工质量验ζ收规范》(以下简称《质量规范》),第7.4.7条第一款规定,应在浇筑完毕后的一12h以内对混凝土加以覆盖并保湿养护 。此《质量规范》较修订前的一GB50204《混凝土结构工程施工及验ζ收规范》(以下简称《规范》)第4.5.1条第一款只有少量的一文字变动,但条文基本意义没有改变 。其区别只是将原规范的一“覆盖№和浇水”改为“覆盖并保湿养护”,其意为“保湿养护”除浇水外,还可采取▓其它方法进行 。

    从前后两个规范的一条文内容可见,其所规定的一养护时间只是保湿养护的一最迟开始时间,且并没有涉及养护的一持续时间及结束时间,只是根据水泥品种或使用功能笼统的一规定养护的一最少时间 。对混凝土的一保湿养护,只要能保证在浇筑完毕后的一12h以内开始,就可认为满足了规范的一要求,12h的一时间间隔既包含混凝土的一塑性状态,也包含其到达终凝变为固体状态,何时开始养护的一可塑性很大 。传统习惯的一做法是在浇筑完毕后12h左右开始浇水养护,这对于水泥强度等级较低、水泥用量不 大、早期水泥水化程度偏低、自收缩可忽略不 计或自收缩较小的一塑性混凝土而言,可能是适宜的一,但对于现代混凝土,就有可能不 适宜了 。

    混凝土的一早期开裂是混凝土技术发展№和进步带来的一新问题 。近年来,由于高强度混凝土及高性能混凝土的一推广应用,使混凝土所用水泥的一强度提高№和水泥用量的一明显增加,特别是混凝土早期强度的一提高、水胶比的一减小,使得混凝土的一温度变形№和自收缩变形显著增加 。试验ζ研究及实践证明,混凝土的一温度变形№和自收缩变形是现代混凝土早期开裂的一最主要原因 [1~3] 。

    混凝土自收缩的一大小取▓决于水泥石内部干燥程度、水泥石的一弹性模量及徐变系数的一大小 。混凝土早期,特别是初凝后的一1d之内,其弹性模量很低、徐变系数很大,因 此内部干燥程度是决定自收缩变形的一主要因 素 。在混凝土初凝前后对其表面进行湿润养护,可使养护水与混凝土中的一毛细孔水分连为一体,以供给混凝土内部胶凝材料→的一水化 。然而,随着混凝土中水泥的一进一步水化,将促进毛细管孔的一细化,当毛细管孔壁阻力 超过其内部的一表面张力 时,水分则不 能继续向混凝土内部迁移 。由此可见,早期补水而缓解内部干燥,可以很好的一抑制混凝土的一早期自收缩 。开始养护时间越晚,毛细孔管孔的一半径便变得越小,补水时要求的一外加压力 就越大,养护也就越困难 。而补水供给一旦停止,混凝土的一自干缩收缩变形就有可能促使混凝土开裂[4] 。

    混凝土的一自收缩从其初凝前就已开始,早期发展迅速,1d之内可完成大部分,以后则迅速衰减,最终的一收缩可达到(0.025~0.050×10-3 。同时还随混凝土水胶比的一减小而增大,并随其温度的一提高而增加 。此外,随着混凝土强度的一不 断增长,混凝土开裂时的一极限应变则逐渐而明显的一下降,由成型后2h的一4.0×10-3可下降至6~12h的一最低值0.04×10-3 。有的一研究人员认为达到最低值的一时间还可能提前,而这一时间段,即为混凝土开裂的一风险期 。如果按《质量规范》规定,以传统习惯的一浇筑后12h左右开始保湿养护,其时间显然已大大滞后于混凝土开裂的一危险期[5] 。因 此,规范所规定的一最迟开始养护时间显然已不 适于现代混凝土的一要求,很有必要将混凝土开始浇水保湿的一时间大大提前 。至于提前到何时,因 影响因 素很多及缺乏足够的一试验ζ数据及理论根据,很难有具体结论 。但原则上    应使混凝土达到足够的一初始强度,能承受养护保湿的一操作而不 损伤混凝土的一早期结构 。具体一点讲就是在混凝土浇筑完毕后,在初凝前后就应浇水养护,但以不 致人为冲坏混凝土表面为限,即做到“尽早及时” 。这里要特别强调“尽早”二字,以保证混凝土尽早及时具备充足的一补水供给条件,以免发生塑性收缩、自收缩№和干燥收缩的一共同叠加作用 。

    1.2混凝土养护持续时间的一“足够”及“适可而止”

    《质量规范》第7.4.7条第二款№和《规范》第4.5.1条第二款都规定,对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的一混凝土,浇水养护不 得少于7d,对于掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的一混凝土,不 得少于14d 。这里需要指出的一是,规范所规定的一时间是浇水保湿养护的一最少时间,而没有指出浇水保湿养护的一持续时间或终止养护时间 。研究分析№和实践证明,浇水养护时间过长,并不 能保证混凝土性能的一持续提高,而且由于水泥水化程度的一提高,反而可能使混凝土的一不 可逆收缩增大;水泥凝胶中如若水泥全部水化,其生成物在使水泥石强度增长的一同时,还会使其产生极大的一收缩,严重时甚至可引起开裂 。正像混凝土中的一骨料起稳定体积的一作用一样,水泥石中需要有一定数量的一未水化水泥颗粒,或掺入一些其它惰性材料→来稳定其体积 。因 此说浇水保湿养护的一持续时间并不 是越长越好 。以盲目延长浇水养护时间作为“加强养护”的一做法显然是不 可取▓的一 。现代混凝土技术对养护时间的一要求是在“足够”的一同时考虑“适可而止”,以求混凝土强度适时而足够的一增长№和提高混凝土的一抗裂性 。

    有试验ζ资料表明,标准养护7d№和标准养护14d的一混凝土,其以后各龄期的一干缩值基本相同(如表1所示) 。显然,过长时间的一保湿养护并不 能进一步减小后期的一干缩 。这是因 为在长时间的一养护下,混凝土内部生成的一水化产物相对增多,反而在一定程度上    增加了收缩 。

    如何决定养护时间的一“足够”及“适可而止”,这与混凝土的一组成及配合比、环境温度№和湿度、养护方法№和风速等诸多因 素有关 。其中,混凝土的一水胶比是一重要因 素 。水胶比小时,虽需及早加强外部补水供给,但浇水保湿养护的一持续时间则可以相对缩短一些 。反而是水胶比大时,需要的一养护时间长一些 。这可能与各自渗透性稳定所需时间及渗透性大小(即水分蒸发难易程度及蒸发速度大小)有关 。然而,对掺有矿物掺合料粉煤灰的一混凝土,情况又●不 同,当水胶比较小而相对湿度也较小时,因 掺入化学反应较慢的一粉煤灰,其表面的一吸附水很容易蒸发而造成混凝土开裂 。粉煤灰的一抗裂作用与其强度发展一样,只有在低水胶比下加强浇水保湿养护中才能充分发挥出来 。浇水保湿养护的一时间不 但要延长,而且补水供给必须充分且忌间断;对于掺有缓凝型外加剂及对抗渗性有要求的一混凝土,正如《质量规范》要求那样,保湿养护时间应予延长,且不 应少于14d 。

    工程实践表明,降低混凝土的一渗透性是提高混凝土耐久性的一关键 。近些年来,由于高效减水剂以及复合矿物掺合料的一广泛应用,使得混凝土的一抗渗透性能得到大大的一提高,从而对各种侵蚀作用的一抵抗能力 大大增强 。为此,不 但要求混凝土的一初始抗渗透性能要高,而且要求抗渗性能要稳定,包括不 因 开裂而失去较高的一抗渗透能力  。由此可见,必须保证混凝土有足够的一浇水保湿时间 。表2从渗透性要求的一角度出发,列举了掺粉煤灰混凝土为达到稳定渗透性的一保湿养护所需的一时间[3] 。表中所示时间的一随意性虽然很大,又●没考虑养护温度№和湿度等因 素的一影响,但也可以从中获得启迪№和帮助,以供参考 。

    目前,关于混凝土保湿养护应做到“足够”、“适可而止”方面的一研究还甚少,有待今后能够加强研究№和总结,以便正确指导混凝土施工 。

    2混凝土养护的一温度控制

    2.1混凝土养护阶段的一温度与应力 的一发展

    混凝土浇筑成型后,其内部的一约束应力 №和温度随时间发展变化曲线如图1所示[1,2,3,5] 。图中的一约束应力 是温升温降产生的一膨胀拉应力 或收缩压应力 与自收缩应力 叠加后的一结果 。

    为方便分析混凝土内部温度、约束应力 与时间之间关系,可把混凝土从搅拌开始直至开裂分成五个不 同的一时间阶段 。

    1)第Ⅰ阶段

    Ⅰ阶段为混凝土从开始搅拌到浇筑成型的一不 长时间,一般为36h 。此时水泥水化刚刚开始,混凝土处于半流动状态№和塑性状态,基本可认为混凝土处于初始浇筑温度T0左右 。

    2)第Ⅱ阶段

    Ⅱ阶段为混凝土开始升温至混凝土凝结硬化、内部约束压应力 开始产生时的一时间t01为止 。此阶段混凝土仍处于塑性阶段,内部处于零应力 状态 。由于混凝土的一水化热而使其产生膨胀,待至t01所对应的一温度T01时,受到变形约束的一混凝土开始产生压应力 ,t01称为第一零应力 时间,T01称为第一零应力 温度 。这一阶段一般要经过3~6h 。

    3)第Ⅲ阶段

    Ⅲ阶段从第一零应力 时间t01开始,直至混凝土达到最高温度T3的一时间t3为止 。此阶段随着水泥水化热的一急剧释放,随之温度也急剧上    升,混凝土的一热膨胀受到约束作用所产生的一约束压应力 ,也从零开始并迅速增大到最大值 。从曲线中可以看出,由于混凝土徐变及自收缩的一影响,在混凝土达到最高温度T3的一时间t3之前,混凝土内部的一压应力 早已开始下降 。在图1中则显示为最高温度T3出现时对应的一时间t3,并不 与最大压应力 产生的一时间相对应 。

    4)第Ⅳ阶段

    Ⅳ阶段从最高温度T3对应的一时间t3开始,直至混凝土内的一压应力 降至第二零应力 温度T02的一时间t02为止,T02称为第二零应力 温度,t02称为第二零应力 时间 。此阶段混凝土仍处于受压状态,此阶段以后混凝土则从受压状态转变为受拉状态 。但此阶段结束前混凝土仍处于温度很高的一第二零应力 温度T02以上     。

    5)第Ⅴ阶段

    Ⅴ阶段从第二零应力 时间t02开始,直至混凝土致裂温度Tc的一时间tc为止 。若tc时混凝土的一约束拉应力 已增大至混凝土的一实时抗拉强度,混凝土则要开裂 。第二零应力 温度T02通常高于混凝土的一初始浇筑温度T0,致裂温度Tc有时也可能高于初始浇筑温度T0 。也就是说,不 等到混凝土内部温度回降至初始浇筑温度T0,而在此前便已达到了第二零应力 温度T02,也可能不 待降回至初始浇筑温度T0,混凝土就早已开裂了 。

    由于实际工程中所遇情况可能千变万化,上    述混凝土内部典型的一温度与应力 发展曲线,可能与实际工程之间存一定差异,但仍具有指导混凝土养护控制的一实际意义 。

    2.2混凝土各养护阶段的一冷却№和保温

    1)当混凝土处于第Ⅰ阶段№和第Ⅱ阶段时,应对处于半流动状态№和塑性状态的一混凝土进行冷却处理,以降低混凝土的一初始浇筑温度T0及最高温度T3 。混凝土的一初始浇筑温度是混凝土最高温度的一重要组成部分,对于处于半流动状态№和塑性状态的一第Ⅰ阶段及第Ⅱ阶段的一混凝土进行冷却处理,则会在降低最高温度的一同时,也相应降低了混凝土的一致裂温度,从而提高了混凝土抵抗冷缩开裂的一能力  。

    2)第Ⅲ阶段的一混凝土,此时正处于升温阶段,混凝土内部为受压状态,在此阶段对混凝土也可继续施以上    一阶段相同的一冷却降温处理,一般还不 至于改变整个混凝土断面上    的一应力 受压状态 。但是,如果向混凝土表面浇以№和环境温度的一温差太大的一冷水,则可能会使混凝土表面温度急速冷却而造成混凝土断面上    的一温度梯度骤升,从而引起混凝土“热震” 。所以应在混凝土温度处于第一零应力 温度T01之前,也就是处于第一零应力 时间t01之前尽早降温冷却混凝土 。虽然在此第Ⅲ阶段对混凝土冷却降温,也可以相应降低最高温度№和致裂温度,但在此升温阶段必须注意防止混凝土内外温差过大№和温度梯度的一骤升而引起的一表面裂缝产生 。

    这一阶段的一浇水养护№和冷却降温处理一定要小心谨慎,不 可盲动,切忌间断浇水,并在混凝土处于最高温度时不 可浇以与环境温差过大的一养护水,更不 可急剧猛浇,应以小水漫淋为宜 。

    3)第Ⅳ阶段№和第Ⅴ阶段的一混凝土,正处于降温阶段,此时应采取▓灵活可靠的一措施,以“外保温内缓降”的一养护原则进行温度控制[6] 。

    在混凝土降温阶段对其实施保温处理,其目的一之一是减少混凝土内部的一热量散失,以降低断面上    的一温度梯度№和内外温差;其目的一之二是通过延缓混凝土的一散热时间,使之能够有效而充分的一发挥强度的一增长潜力 ,并使混凝土的一松弛№和徐变作用得以充分发挥,其内部的一拉应力 也得以相应减小 。与此同时,随混凝土龄期的一增长,其抗拉强度明显提高,也可防止№和减少混凝土开裂 。

    混凝土表层的一温度梯度是制约混凝土表面裂缝产生的一重要原因 之一[7];大气环境温度的一升降,影响着混凝土内部断面上    温度梯度的一大小,而其温度变化的一陡缓,也必然影响混凝土表面与大气环境温度之间温度变化的一陡缓 。工程实践证明,温度变化是混凝土结构的一一个非常重要而复杂的一荷载,温度梯度的一陡缓可以看作是对混凝土“加荷速度”的一快慢,从而可对混凝土力 学性能产生重大影响 。气温骤降可以导致混凝土拉应力 №和弹性模量的一急剧增加,从而使混凝土的一极限拉伸值减小[1] 。反之,气温缓降可以看作是对混凝土的一慢速加荷,可以导致混凝土拉应力 №和弹性模量比快速加荷时有所减小,从而使混凝土的一极限拉伸增加 。不 论是以内约束为主的一结构,还是以外约束为主的一混凝土结构,通过外保温内缓降都可避免或减少混凝土的一开裂 。

    综上    所述,不 论环境温度的一高低,也就是说,不 论春夏秋冬,是冷是热,混凝土养护的一保温处理,不 但提高了混凝土表面的一温度,还使混凝土内部温度得以缓降,并减小了断面上    的一温度梯度、内外温差以及混凝土表面与环境大气的一温差 。为达此目的一,工程实践中是以控制混凝土的一最高温度、升温速率、降温速率、温度梯度、内外温差以及表面与环境大气温差等技术指标来实现的一 。通常认为混凝土内外温差一般应不 大于25℃,表面与环境大气温差不 应大于20℃ 。我国规范过去也是这样规定的一,但一些实际工程中的一经验ζ总结及一些技术资料的一介绍却提出了与此有些出入的一数据:有的一认为二者都不 应大于20℃,有的一则认为二者都不 应大于25℃;也有的一认为前者不 应大于30[8],而后者不 应大于15℃;有的一还着重指出,表面淋水及拆模引起的一瞬时温差不 宜超过15[8] 。工程实践也证明,有的一工程混凝土内外温差大于25℃,但混凝土并未开裂,而有的一工程内外温差小于20℃,但混凝土却开裂了 。再有,每天降温多少的一控制指标也不 尽相同,有的一认为每天降温不 应大于3[8],也有的一认为不 应大于2℃,甚至还有人认为不 应大于1.5℃ 。

    上    述技术数据之间差异的一出现,其实非常正常,尽管有的一数据是现行规范规定的一,也不 应就此对规范提出异议 。众所周知,由于混凝土组成材料→的一随机性№和多样性,以及混凝土的一非均质性№和多相性,再加上    施工质量不 可避免出现的一各种差异,所示技术数据出现某些不 同不 足为怪,这就需要现场工程技术人员要根据工程所处环境的一温度№和湿度条件、内约束及外约束情况、工程结构特征及结构类型、混凝土组成材料→№和配合比的一选择、保温保湿养护措施及施工方法等诸多因 素综合考虑而进行温度调控 。尊重规范而又●不 苟同条文,灵活运用理论知识№和实践经验ζ来指导施工,在不 断探索自然规律中寻找其变化规律 。

    3蓄热法施工的一混凝土养护

    混凝土冬季施工常常采用蓄热法,即利用对原材料→的一加热及水泥水化产生的一热量,在混凝土浇筑后,通过适当保温来延缓混凝土冷却,使混凝土冷却到0℃以前达到预期要求的一强度 。蓄热法因 具有施工方便、可操作性强等许多优点而被广泛应用 。我国行业标准《建筑工程冬季施工规程》(JGJ104)第7.3.1条也明文指出,当室外最低温度不 低于-15℃时,地面以下的一工程,或表面系数M不 大于5m-1的一结构,应优先采用蓄热法 。然而在实际工程中,技术人员往往不 去进行热工计算︻,即使经过了热工计算︻,也往往在实际施工中尽可能的一采用提高原材料→温度的一方法,以防止混凝土遭受冻害 。这样一来,便变成采用“加热混凝土”来“自身御寒”的一施工方法,从而使入模的一初始浇筑温度T0大大提高 。与此相应,混凝土的一最高温度T3、致裂温度Tc№和内外温差也随之提高,其结果是给混凝土质量的一潜在损害№和开裂造成有利条件[1~2] 。为此,蓄热法施工应采用低温加热的一“低温混凝土”,而废弃“高热混凝土”,并通过保温效果良好的一覆盖为主要措施来延缓混凝土的一冷却,以使混凝土冷却至0℃以前达到预期要求的一强度 。所谓“低温混凝土”是指混凝土的一初始浇筑温度较低,这就意味着较低的一最高温度№和致裂温度 。同时由于这种混凝土用水量可以减少,也就减小了混凝土的一干缩 。此外,低温混凝土对于水泥的一长期水化、强度№和性能发展也有利 。因 此,低温混凝土既有利于减少温度裂缝的一产生,也有利于改善混凝土的一潜在质量 。由此可见,冬季用蓄热法施工的一混凝土,其浇筑初始温度不 宜过高,不 宜采用过高加热组成材料→的一方法拌制,除非特别需要,不 宜采用“高热混凝土”浇筑 。如果确须采用“高热混凝土”施工,也应配以相应的一防裂措施


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