姚明甫
(上海市南汇区建设和管理委员会 上海 201300)
詹炳根
(合肥工业大学土木建筑工程学院 合肥 230009)
惠 玲
(上海工程勘察设计有限公司 上海 200025)
摘 要:养护对混凝土的水泥水化有重大的影响,养护的温度和湿度是影响水泥水化的关键因素,早期良好的养护能减少高性能混凝土的自收缩。分析了高性能混凝土组成结构上的特点并阐述了高性能混凝土在养护上的特点。为了更好地应用高性能混凝土,一个重要方面就是通过适宜的养护方法获得高性能混凝土的全面性能。为了获得所期望的混凝土强度和耐久性性能,充分的养护显得极为重要。 关键词:高性能混凝土 养护 自收缩 湿度 温度
CURINGOFHIGHPERFORMANCECONCRETEYaoMingfu
(ConstructedandManagedCommitteeinNanhuiDistrictofShanghai Shanghai 201300)
ZhanBinggen
(SchoolofCivilEngineering,HefeiUniversityofTechnology Hefei 230009)HuiLing
(ShanghaiProjectProspectingandDesigningLimitedCompany Shanghai 200025)
Abstract:Itwastriedtoexplainthesignificantinfluenceofcuringoncementhydrationofconcrete.Thetemperatureandhumidityofcuringwerethekeyfactorthateffectedcementhydration.Agoodearlycuringcouldreduceautogenousshrinkageofhighperformanceconcrete.Itwasanalysedstructuralcharacteristicsofcompositionofhighperformanceconcreteandexplainedthecuringfeaturesofthisconcrete.Thusoneofthecriticalaspectsforthesuccessfulusageofhighperformanceconcretewouldbeknowinghowtocureittoachieveitsfullperformance.Ithadlongbeenrecognizedthatadequatecuringwastoobtainthedesiredstrengthanddurabilitypropertiesofconcrete.Keywords:highperformanceconcrete curing autogenousshrinkage humidity temperature
0 引 言
早在20世纪50年代,美国混凝土协会(ACI)就发表过一些关于混凝土养护方法的重要文章。ACI的这些文章表明,在过去的50年里,普通混凝土在养护方面没有很大的变化。在美国和其他国家,承包商一般倾向于选择降低养护要求的混凝土或者几乎完全忽视养护的存在。近年来,随着高性能混凝土(HPC)的出现和推广使用,不同的养护条件对HPC的性能有较大的影响,普通混凝土的养护方法不可能完全适宜高性能混凝土。与普通混凝土相
[1]
比,HPC对养护条件更加敏感,特别在早期。
同普通混凝土相比,对HPC的养护显得尤为重要。混凝土的养护方法决定了水化混凝土暴露表层的水饱和程度,决定了表层附近混凝土的孔隙结构、渗透性等特性。而渗透性是与混凝土耐久性相关的
70 IndustrialConstructionVol136,No14,2006
重要特性之一,极大地取决于混凝土的孔隙率和孔
径分布,这些均受初期养护条件的影响。
本文通过分析HPC的组成结构特点,阐述了HPC的养护特点,提出了HPC的一些特殊养护方法,对HPC的养护方面开拓一条有益的探索之路,并对它进行初步研究。
1 高性能混凝土的组成结构特点111 组成材料多
普通混凝土是传统的四组分混凝土,而高性能混凝土则是大组分混凝土,即在普通混凝土四组分基础上增加化学外加剂和超细粉矿物掺合料,由于
第一作者:姚明甫 男 1973年6月出生 硕士研究生
E-mail:mgmz@21cn.com收稿日期:2005-11-16
工业建筑 2006年第36卷第4期
上述二组分的超叠加效应,使HPC与普通混凝土相比产生了质的飞跃。112 水胶比低
意义。另一方面,混凝土内部自干燥作用的失水亦应由外部水分予以补充,就是说水分进入混凝土内部的通路必须畅通
[4]
。
普通混凝土与HPC在耐久性和强度方面的本质区别在于二者的水胶比不同,其分界线为水泥的理论水胶比0138。普通混凝土为满足工作性需要,普遍采用0138～0180的水胶比,而HPC由于加入了高效减水剂,使水胶比降至0138以下,甚至可以达到0120或更小
[2]
212 高性能混凝土的自收缩
高性能混凝土初凝后,由于种种原因产生的裂缝对混凝土的劣化起较大促进作用,而引起混凝土由非荷载作用产生的裂缝最常见因素是混凝土的收缩。对于普通混凝土来说,干缩是主要的,而对于高性能混凝土,自收缩问题也变得越来越重要。当高性能混凝土的水胶比远低于014及使用硅灰时,HPC内部的相对湿度值就显著降低,HPC的自收缩
。
113 结构更密实
混凝土是一种具有不同孔隙的多孔体,在这个多孔体中,毛细孔和凝胶体数量是决定混凝土强度和耐久性的重要因素。与普通混凝土相比,HPC的毛细孔数量显著减少,而超细矿物掺合料在改善粉体集料的级配,同时大幅度降低毛细孔数量,使HPC形成高度致密的微观结构。此外,超细矿物掺合料活性大,火山灰反应强烈,消耗大量的Ca(OH)2结晶,产生的凝胶体数量增多,也相应地提高了HPC的抗腐蚀性能。114 宏观性能更稳定率随着水胶比降低和硅灰掺量增加而增大[5]
。HPC
的自收缩值已经达到能引起内部产生微裂纹的数量级,同时它也影响到混凝土的强度和耐久性性能。213 养护湿度高性能混凝土在同温度但不同相对湿度的养护条件下,其强度增长的规律不一,湿度越低,强度增长越缓慢
[6]
。高性能混凝土需保水养护,否则不但
[7]
影响强度,而且会发生开裂。所以,HPC的水养护至关重要,尤其在早期时段214 养护时间
。
混凝土的宏观性能主要包括强度、耐久性及工作性等。HPC的耐久性,比其强度更有优势。因HPC的微观结构达到相当致密的状态,外界有害杂
高性能混凝土的养护时间一般不应少于7d。HPC的强度取决于它的早期强度,它的后期强度增
质很难侵入,使其具有高耐久性。外加剂的引入使HPC的工作性达到了前所未有的理想状态。而且HPC由于超细掺合料的加入,使其体积稳定性趋向
长相当缓慢。HPC在早期即应养护,因为部分水化可能使毛细管中断,即重新开始养护时水分将不能进入混凝土内部,因而不会引起进一步水化,这将严重影响着HPC的耐久性和强度等性能。215 养护温度
于稳定状态。
耐久性是高性能混凝土的重要性能,也是其重要特点。为了使高性能混凝土的耐久性较好,其一,要提高HPC的密实度和不透水性;其二,要选择低吸水率的骨料,特别是细骨料,骨料对高性能混凝土的收缩影响较大,使用吸水率大的骨料时,收缩值增大。就HPC的重要特点来说,其早期的干燥收缩量大,特别是自收缩值大,最终的收缩值由于水胶比低,与普通混凝土相比,大体相同或者还稍有降低
[3]
正常温度的升高加速水化反应,对高性能混凝土早期强度产生有利影响,对后期强度也无不利影响。可是,若浇筑和凝结期间的温度偏高,虽然使得混凝土早期强度得以提高,但约7d以后对强度就有不利的影响。早期高温对高性能混凝土后期强度的不利影响的这一解释已被Verbeck所引伸,他认为常温养护时,水泥水化速率较低,水化产物有足够的时间扩散到水泥颗粒的间隙中,形成均匀的水泥石结构,混凝土后期强度较高;相反,在高温养护条件下,水化速率较高,水化产物来不及扩散,大部分包裹在水泥颗粒周围,阻碍水进入水泥颗粒,使得后期水化过程难以进行,宏观上表现出混凝土后期强度下降,抗渗性降低
[8]
[4]
。
总之,高性能混凝土是以高工作性、高强度和耐久性为其特征。由于高性能混凝土结构致密、不透水性和掺入不同混合材料,决定了其在养护上有其特殊性。
2 高性能混凝土在养护上的特点211 胶凝材料的水化
。所以,美国ASTMC-31中规
定的初始养护温度的容许限制值为27℃以下。
总之,高性能混凝土由于采用了较小的水胶比,胶凝材料用量大,水化热偏高,自收缩大。如果养护不良,容易产生应力变形和开裂,直接影响高性能混
71
高性能混凝土浇筑成型后,胶凝材料的水化只能在填充水的毛细管内进行。为防止毛细管中的水分蒸发流失,对胶凝材料的水化正常进行有着重要
高性能混凝土的养护———姚明甫,等
凝土的耐久性和强度。为此,高性能混凝土应特别需要特殊的养护方法。
3 高性能混凝土的特殊养护方法311 蒸气养护
与普通混凝土相比,高性能混凝土,特别是掺硅灰的高性能混凝土对养护时的温度和湿度非常敏感。尤其在早期,这种敏感性比较明显
[1]
。根据上
述Verbeck的观点,养护温度对混凝土的强度变化和变形性能有较大影响,混凝土会因早期高温而产生后期强度降低的现象。由于凝结时的温度对混凝土后期强度有很大的影响,推迟进行蒸气养护,即静停则对高性能混凝土后期强度有较大益处。采取足够的静停时间,快速加热对混凝土性能影响甚小。蒸气养护是提高HPC强度的重要途径之一。312 自养护
31211 轻骨料吸水养护
目前常用的多孔陶粒等轻质材料,浸水饱和后作为骨料掺入到混凝土中。在不影响混凝土拌合物流动性的基础上,将其内部粗大孔隙(与水泥石内部孔隙相比)中的水分供给水泥石体系。一方面促进胶凝材料的进一步水化,另一方面可减少因水化引起的内部湿度的降低,在毛细管作用下水分向水化体系迁移而使体系继续水化,达到抑制自收缩的目的。这种轻骨料吸水养护方法对抑制HPC的自收缩很有效果,但对HPC的耐久性和强度有一定的负面影响,可以酌情应用。31212 养护剂保水养护
首先,在中国西部或沙漠地带,水资源缺乏,水养护比较困难。其次,高性能混凝土由于结构致密,孔隙率低,外界水分很难渗入其内部,必须采取有效的养护方法。在水中养护的普通混凝土,由于水易渗入混凝土中,使混凝土中相对湿度接近于100%。然而,在水中养护两年的高性能混凝土,水分只能渗入到表层较小的范围,混凝土表层的相对湿度接近100%,但HPC内层的相对湿度依然很小,其内层混
泥水化作用。它能抑制部分自收缩,改善高性能混
凝土的脆性,减轻微裂缝的形成,对HPC的耐久性和强度无不良影响,有利于高性能混凝土自养护的实现。由于SAP的保水作用在科研实践上得到了大部分的验证,它极有可能在工程中得到广泛地应用。养护剂养护极有可能成为HPC最广泛的一种养护方法。313 内掺膨胀剂养护
在抗裂防渗要求高的高性能混凝土结构工程中,可掺入膨胀剂,将它视为矿物掺合料的一部分。
[10]
不同品种的膨胀剂掺量有所不同。以UEA为例,一般替代胶凝材料总量10%左右。从耐久性出发,钙矾石系膨胀剂适合地下、水工和海工等防渗结构工程,石灰-钙矾石系膨胀剂适用于非防渗结构工程。无论用何种膨胀剂,用其配制的补偿收缩混凝土应达[10]-4
到此要求:水养14d的限制膨胀率≥115×10。
吴中伟院士认为,膨胀剂在高性能混凝土中能发挥良好作用:1)高性能混凝土自收缩大,外界水难以渗入,掺入膨胀剂形成膨胀结晶,在绝湿状态下可产生微膨胀,补偿自收缩。2)高性能混凝土的水化热较高,掺入膨胀剂可使混凝土产生限制膨胀率
-4
(1～2)×10,可补偿冷缩10～20℃。3)掺膨胀剂的高性能混凝土在湿养期间产生的体积膨胀,在钢筋的约束下,可在结构中建立012～017MPa的预压应力,补偿部分干缩拉应力。HPC较适宜采用这种
[7]
养护方法。314 带模供水养护
用钢模板进行施工时,与模板相接触的混凝土面,拆模前无法供水养护,但此时产生较大的自收缩。因此,建议浇筑高性能混凝土时采用可带模供水养护的内衬憎水塑料绒钢模板。它的特点是模板内衬的多孔材料可吸收大量的水分,同时具有憎水性,极易释放出水分,供给混凝土养护。因此,混凝土初凝后向内衬的多孔材料供应水分,达到养护模板内混凝土的目的。这是HPC重要且可行的一种养护方法。4 结 语
凝土的相对湿度值明显低于表层混凝土的值,且两者之间的差别随着水灰比降低,特别是硅灰的掺入而显著增大,这清楚表明,自干燥仍然在内层HPC中存在
[9]
。因此,即使处在水中的HPC,其自干燥也
应引起重视。
如果在HPC中加入养护剂(代号为SAP,它是
一种高分子吸水材料,白色粉状颗粒,吸水性较强)。它对高性能混凝土的作用是在混凝土新拌合物中吸收多余水量,并且在水化过程中缓慢释放水分供水72
高性能混凝土容易自干燥而产生自收缩,良好的养护能抑制部分自收缩,防止裂缝过早形成。高性能混凝土的水胶比低、孔隙率低和结构致密,外界水分很难渗入其内部,这就决定了HPC有着特殊的养护特点和养护方法。养护良好的混凝土,其耐久性和强度性能均较好。因此,养护条件对HPC的性能显得极为重要。
(下转第90页)
工业建筑 2006年第36卷第4期
应用千分表严格进行卸载点的位移控制。
1)支撑从混凝土基础开始向上逐节支设。
2)先用千斤顶通过临时钢管向上层结构施加反力(55kN),当达到力值要求后,用钢管进行置换,钢管下方用钢
时间为72h。
516 施工工期
施工工期为20d。
517 施工质量控制及验收
楔块楔入,在千斤顶显示力值回0时撤出千斤顶。
3)支撑设置时必须保证钢管上下节支撑间的位置基本
在浇筑混凝土之前应进行检验及隐蔽工程验收,其内容包括:原结构混凝土界面、钢筋品种、规格、数量、位置,加固型混凝土配合比的计量等,支撑及模板的承载能力、刚度和稳定性。
结构拆模后经设计单位、监理单位、建设单位、施工单位对外观质量进行检查,并对加固型混凝土强度及时进行检测,其3d混凝土抗压强度为35.0MPa完全满足加固设计要求,结构加固工程质量优良。
一致。
4)对原结构用千斤顶卸荷时,用千分表加以监控,结构
位移控制值为+0101～0105mm。防止因支撑力过大而破坏原结构或因施工的力值达不到卸荷要求。
5)施工中应加强对支撑的观察,发现问题及时处理。5 置换混凝土加固施工511 被置换混凝土的拆除
6 结 语
混凝土的拆除采用BOSCH211型电动凿除机械进行施工。
512 置换混凝土的界面处理
置换混凝土加固法在工程结构加固技术中对解决混凝土强度等级偏低的结构已得到了广泛的应用,从近几年的施工实践证明,该项技术可靠性强,经济效益显著。但在加固设计和施工中有一定的难度,且无标准可循。正在编制的国家标准《混凝土结构加固技术规范》和《建筑结构加固工程施工质量验收规范》已将该项加固方法列入规范,对今后的加固设计施工将起到一定的指导作用。
参考文献
1 国家标准.混凝土结构加固技术规范(报批稿).2004
2 国家标准.建筑结构加固工程施工质量验收规范(征求意见稿).
2005
3 李今保,潘留顺,王瑞扣,等.盐城市城北大桥桁架拱被撞断后的
在浇筑新混凝土前,必须涂刷一层与混凝土同性能的界面结合剂,随涂随浇,新旧混凝土界面粘结质量应符合有关标准规定。
513 模板的设立
采用现场特制的钢结构定型模板。
514 置换混凝土的浇筑
在3层楼面开孔从特制定型模板的浇筑口灌注加固型混凝土。应严格控制混凝土用水量,以确保混凝土质量,每根柱浇筑时应一次性浇筑完成,并使浇筑的混凝土高出柱顶界面100mm以保证加固柱顶部密实。
515 置换混凝土的养护
抢修加固ΠΠ林文修.第七届全国建筑物鉴定与加固改造学术会议论文集.重庆:重庆出版社,2004
混凝土的养护时间为72h,拆模时间为24h,支撑的拆除
(上接第72页)
同时,养护湿度和温度对混凝土的强度变化和变形性能有较大的影响。由于HPC本身的特点,决定了其有特殊的养护方法,为了解决高性能混凝土的耐久性和强度问题,当务之急是解决混凝土的养护问题,今后有必要在这一方面投入更多的研究力量。
参考文献
1 KennethWMeeks,NicholasJCarino.CuringofHigh-Performance
Concrete:ReportoftheState2of2the2ArtBuildingandFireResearchLaboratoryGaithersburg,MD.1999:1-9,170-173
2 李 锋.关于普通混凝土与高性能混凝土的评述.福州大学学
4 VerbackGJ,HelmuthRA.StructuresandPhysicalPropertiesof
CementPaste5thInt.SympontheChemistryofCement.1968:1-325 MeGrahP,HootonRD.Self2DesiccationofPortlandCementandSilica
FumeModifiedMortarsΠΠSetzerM.ConferenceonAdvancedCementionsMaterials.MD:Gaitersburg,1990:20-26
6 徐 欣.高强混凝土内同成分砂浆在不同湿度养护条件下的强
度发展规律.工程质量,2001,(6):32-33
7 吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土.北京:中国铁道出版社,1999:306-3118 谭克锋.高强轻骨料混凝土对养护温度敏感性的研究.混凝土与
水泥制品,1996(4):18-20
9 杨全兵.水中养护两年高性能混凝土的自干燥研究.建筑材料学
报,1999,27(3):99-102
3 冯乃谦,邢 锋.高性能混凝土技术.北京:原子能出版社,2000:
49-52
报,1998,1(3):215-221
10 杨建森.高性能混凝土的变形性能极其控制.混凝土,2001(10):
13-16
更正《工业建筑》:杂志2005年第12期中“曲巷深处多元文化的足音———黔东南山区聚落与建筑”的第二作者王波同志为四川大学艺术学院教师(籍贯:北京)。
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工业建筑 2006年第36卷第4期
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