蒸汽養(yǎng)護對混凝土性能的影響分析

1、蒸汽養(yǎng)護對混凝土性能的影響分析楊昆 （石家莊市公路橋梁建設(shè)集團，河北 石家莊 050000 ） 摘要：蒸汽養(yǎng)護在縮短混凝土養(yǎng)護時間、加快施 工進度等方面具有積極作用，但也會對混凝土性能產(chǎn)生不利 影響。分析蒸汽養(yǎng)護過程中靜置時間等參數(shù)對混凝土強度的 影響機理，探討蒸汽養(yǎng)護混凝土耐久性下降的原因以及通過 添加礦物摻合料等方式提高其耐久性的方法，對合理使用蒸 汽養(yǎng)護制度、積極發(fā)揮蒸養(yǎng)混凝土優(yōu)勢具有借鑒意義。 關(guān) 鍵詞：蒸汽養(yǎng)護；混凝土；抗壓強度；耐久性 0 引言 混凝 土是土木工程中最重要的建筑材料之一，具有原料豐富、成 本低、抗壓強度高、使用廣泛等顯著特點，特別是隨著我國 基礎(chǔ)建設(shè)和城市化建設(shè)的快

2、速發(fā)展，對混凝土的需求量也與 日俱增。但混凝土對養(yǎng)護條件、養(yǎng)護時間等方面的要求較為 嚴格，這在一定程度上會導(dǎo)致工期延長、生產(chǎn)效率降低。因 此，通過改善傳統(tǒng)養(yǎng)護條件，在滿足工程要求的基礎(chǔ)上盡可 能地降低混凝土養(yǎng)護時間， 對提高模具周轉(zhuǎn)、 縮短生產(chǎn)周期、 加快施工進度等具有重要意義。 蒸汽養(yǎng)護通過升溫可以加 快混凝土中水泥的水化速度，并使混凝土早期強度顯著提高， 同時蒸汽本身又具有生產(chǎn)運輸成本低、含熱量高、濕度大等 優(yōu)勢。因此，蒸汽養(yǎng)護作為一種常用的加速養(yǎng)護方法，已被 廣泛應(yīng)用于混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)等領(lǐng)域。但在快速水化的同 時，蒸汽養(yǎng)護往往會對混凝土的后期強度和耐久性等產(chǎn)生不 利影響 2 。因此，有

3、必要分析蒸汽養(yǎng)護對混凝土性能的影響 因素，為合理選擇蒸汽養(yǎng)護參數(shù)、提高混凝土質(zhì)量等提供參 考依據(jù)。 1 混凝土的蒸汽養(yǎng)護 混凝土的蒸汽養(yǎng)護過程主要 包括以下階段： （ 1）靜置期。即混凝土澆筑完畢至混凝土 初凝之前的階段。在此期間，混凝土中的水泥開始發(fā)生水化 反應(yīng)，混凝土得到初始硬化并獲得一定的初始結(jié)構(gòu)強度，這 將有助于其抵抗升溫期的膨脹變形。通常靜置時間越長，混 凝土抵抗升溫期破壞的能力越強，但這不利于提高生產(chǎn)效率。（2）升溫期。即按照一定速率將混凝土原始溫度上升至養(yǎng) 護溫度的階段。在此期間，升溫速率不易太慢，否則養(yǎng)護周 期長；但也不易過快，否則容易導(dǎo)致混凝土因體積膨脹太快 而產(chǎn)生溫度變形和

4、裂縫。在升溫過程中，為避免因蒸汽冷凝 而導(dǎo)致的混凝土表面起皮現(xiàn)象，可以在混凝土表面覆蓋薄膜。（3）恒溫期。即混凝土或其周圍溫度維持在養(yǎng)護溫度的階 段。在此期間，將發(fā)生一系列影響混凝土硬度及其耐久性的 化學(xué)反應(yīng)，因此這也是蒸汽養(yǎng)護中最重要、最關(guān)鍵的階段。（4）降溫期。即按照一定速率將混凝土由養(yǎng)護溫度降低冷 卻至室溫的階段。在此期間，降溫不易過快，否則容易導(dǎo)致 混凝土因表面和內(nèi)部溫差大而產(chǎn)生拉應(yīng)力裂縫。同時，還要 注意環(huán)境濕度， 防止因水分散失而破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 以上四個階段中，靜置時間、升溫速率、恒溫溫度、恒溫時間和降溫速率等是影響混凝土綜合性能的重要參數(shù)3 ，而這些參數(shù)的不同選擇和組合，則

5、會對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同 的影響，并導(dǎo)致其性能產(chǎn)生明顯差異。因此，需要對蒸汽養(yǎng) 護制度及相關(guān)參數(shù)選擇進行合理配置和優(yōu)化。 2 蒸汽養(yǎng)護 對混凝土強度的影響 2.1 靜置時間的影響 混凝土在剛澆筑 完成后，水化熱反應(yīng)尚未達到混凝土硬化的程度，因此需要 一段靜置時間使混凝土達到穩(wěn)定。靜置時間的長短關(guān)系到混 凝土初期結(jié)構(gòu)強度的高低，也關(guān)系到升溫期混凝土抵抗膨脹 破壞的能力。因此，適當(dāng)?shù)撵o置時間對混凝土的早期強度或 晚期強度均有較好的效果。通常蒸汽養(yǎng)護中如果升溫速率較 高，就需要較長的靜置時間，以使混凝土形成足夠的初始強 度來減少升溫期裂縫的生成。反之，則可以縮短靜置時間。 在實際生產(chǎn)中一般為13h

6、。2.2升溫速率的影響 如果靜置時間選擇合理，通常升溫速率對混凝土強度的影響并不是 太大。但如果靜置時間設(shè)置不合理，則過高的升溫速率就會 對混凝土強度造成不良影響，導(dǎo)致混凝土強度變差。這主要 是因為在混凝土初始結(jié)構(gòu)強度不高的情況下，隨著溫度的快 速升高，混凝土內(nèi)部各成分特別是水汽的熱脹作用會導(dǎo)致形 態(tài)各異的裂縫出現(xiàn)，典型的如放射性裂縫、界面裂縫、網(wǎng)狀 裂縫等。同時，較高的升溫速率也會加大混凝土表面與內(nèi)部 的溫度梯度，從而出現(xiàn)熱應(yīng)力裂縫。而上述裂縫的出現(xiàn)會破 壞混凝土結(jié)構(gòu)并降低其強度。一般在氣溫較低的時節(jié)，升溫速率可以控制在15C/h左右；在氣溫較高的季節(jié)，升溫速 率可以適當(dāng)提高，但不宜超過 2

7、5 C /h。2.3恒溫溫度和恒 溫時間的影響 混凝土強度主要受水化程度的控制，水化程 度越高，則混凝土的強度越高。因此，提高養(yǎng)護溫度或增加 恒溫養(yǎng)護時間可以加快混凝土的水化反應(yīng)速度，進而提高混 凝土的早期強度。但養(yǎng)護溫度越高、恒溫養(yǎng)護時間越長，其 對混凝土膨脹的影響也就越大，這就容易產(chǎn)生對混凝土不利 的孔隙及內(nèi)部裂縫，進而降低其后期強度。此外，提高養(yǎng)護 溫度除了能提高水泥的水化速率外，同時也會加速粒料表面 成分的溶解及釋出，并參與水化反應(yīng)，生成結(jié)晶較為完全的 水化產(chǎn)物。在低溫時，水化產(chǎn)物因有足夠的時間擴散會均勻 分布和沉淀，但隨著養(yǎng)護溫度的升高，水化反應(yīng)速率會超過 水化產(chǎn)物的擴散速率，從而使

8、水化產(chǎn)物聚集在水泥顆粒周圍， 形成一層低滲透性外殼，讓水化產(chǎn)物無法繼續(xù)擴散，并阻礙 水泥顆粒繼續(xù)水化， 導(dǎo)致混凝土的后期強度發(fā)展受阻。 因此， 混凝土強度并不會隨養(yǎng)護恒溫溫度和恒溫時間的增加而持 續(xù)增加， 而是存在最佳的養(yǎng)護溫度和養(yǎng)護時間。 2.4 降溫速 率的影響 混凝土經(jīng)恒溫養(yǎng)護之后雖然已經(jīng)具有較高的強度， 但降溫速率也不易過快，否則容易使混凝土內(nèi)外出現(xiàn)溫差而 產(chǎn)生拉應(yīng)力裂縫，影響混凝土的強度。另外，在對混凝土構(gòu) 件進行降溫時，可以在不同方向進行更加均衡的降溫冷卻， 以降低溫度應(yīng)力對混凝土性能的不利影響。3 蒸汽養(yǎng)護對 混凝土耐久性的影響 混凝土材料為多孔性材料，如果長期 處于較惡劣的環(huán)境

9、中，則外在環(huán)境中氯離子等有害物質(zhì)就容 易通過孔隙滲透到混凝土內(nèi)部，造成混凝土劣化及鋼筋銹蝕 等問題，進而影響到混凝土的耐久性。因此，混凝土的耐久 性通常也可以由混凝土抗氯離子等有害離子滲透的能力來 進行評估。 蒸汽養(yǎng)護條件下， 由于水泥的水化速率比較快， 容易導(dǎo)致水化產(chǎn)物很快地在水泥顆粒周圍形成高密度的擴 散屏障，使得水化產(chǎn)物分布不均勻，后期水化程度降低。另 一方面，較高的養(yǎng)護溫度也會導(dǎo)致水泥中的 C3S 產(chǎn)生較粗的 水化結(jié)構(gòu)，使得混凝土孔隙體積增大、總孔隙率變高。上述 結(jié)果在宏觀上的表現(xiàn)就是混凝土的致密性降低，其對氯離子 等有害離子的抗?jié)B透能力下降，進而對混凝土的耐久性產(chǎn)生 不利影響。 針對

10、蒸汽養(yǎng)護會導(dǎo)致混凝土耐久性下降的問題， 一方面可以在蒸汽養(yǎng)護的同時持續(xù)進行水養(yǎng)護，使得混凝土 中的水泥可以持續(xù)進行水化反應(yīng)，增強其致密性和抗?jié)B透能 力，進而改善混凝土的耐久性。另一方面，可以通過添加其 他礦物摻合料來改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，增強其耐久性。比 如有研究結(jié)果表明，摻入適量的粉煤灰可以提高蒸汽養(yǎng)護條 件下混凝土對氯離子的抗?jié)B透能力。這是因為粉煤灰顆粒比 水泥更細，可以進一步細化水泥凝膠的空隙，提高混凝土的 致密性。同時，粉煤灰的摻入還提高了混凝土的水灰比，有 利于水泥水化產(chǎn)物的擴散和均勻分布。此外，在蒸汽養(yǎng)護條 件下，粉煤灰的活性效應(yīng)被激發(fā)，其二次水化產(chǎn)生的低鈣硅 產(chǎn)物有利于細化空隙結(jié)

11、構(gòu)，降低孔隙率。由此可見，將礦物 摻合料加入混凝土中進行蒸汽養(yǎng)護，可以改善蒸汽養(yǎng)護混凝 土的耐久性，這將是今后蒸汽養(yǎng)護混凝土發(fā)展的一個趨勢。4 結(jié)語 目前，我國在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的投資力度不斷加 大，蒸汽養(yǎng)護混凝土預(yù)制構(gòu)件的需求也在不斷增加。與標準 養(yǎng)護混凝土相比，蒸汽養(yǎng)護混凝土在性能上還存在一定差異， 特別是其長期性能容易出現(xiàn)強度倒縮、耐久性下降等現(xiàn)象。 但通過對現(xiàn)有蒸汽養(yǎng)護制度的優(yōu)化改進，并通過合理添加礦 物摻合料，可以有效改善蒸汽養(yǎng)護混凝土的后期強度和耐久 性，這對于在工業(yè)化大生產(chǎn)中充分發(fā)揮蒸汽養(yǎng)護混凝土的特 有優(yōu)勢具有重要意義。 參考文獻： 1 鐵道部豐臺橋梁廠 . 混凝土的蒸汽養(yǎng)護

12、M. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 1978. 2 LIU B,XIE Y,LI J. Influence of steam curing on the compressive strength of concrete containing supplementary cementing materialsJ. Cement & Concrete Research,2005,35（5）:994-998. 3朱瑤宏， 占文，秦明強，等 . 蒸養(yǎng)管片混凝土物理力學(xué)性能的影響因素研究 J. 鐵道建筑， 2013（1）：33-35. 4 張杉，張雅娜，劉燕 . 混凝土耐久性評價指標體系及壽命預(yù)測研究 J. 混凝土， 2014（3）：48-51. 5 賀智敏，劉偉，鄭榮躍，等 . 蒸汽養(yǎng) 護粉煤灰混凝