不同养护条件下混凝土耐久性的研究

　　摘要: 研究了不同养护条件下混凝土的收缩变形、抗渗性及抗冻融耐久性。结果发现，在自然条件养护下，混凝土的体积稳定性较差，且混凝土的抗渗等级远低于标准养护下混凝土的测试结果，经受不同次数的抗冻融循环后，混凝土抗压强度和劈拉强度的损失率较大。混凝土抗渗性试验结果表明，混凝土的强度等级越低，自然养护对混凝土抗渗性带来的影响也越大。在保湿的自然养护下，混凝土的收缩变形较小，与标准养护相比，混凝土抗渗性和抗冻性的试验结果差别不大，这说明加强混凝土的湿度养护，有利于改善混凝土的耐久性。 

　　关键词: 养护条件;水工混凝土;耐久性;收缩 

　　1 概述 

　　混凝土耐久性问题是当今混凝土领域中研究的重点。影响混凝土耐久性的因素有原材料、配合比、施工、养护等，其中养护制度对混凝土后期性能的发展有显著影响。在养护制度的研究中，大多数学者主要是通过控制养护条件中的某些因素如温度、湿度等，研究单因素对混凝土性能的影响情况 。Basham 发现过高的早期养护温度使混凝土早期强度增长率更快，但后期强度增长率降低，Verbeck等则指出，高温养护时水泥颗粒表面所形成的致密层阻止了水分进入，从而使其后期的水化程度降低。Cather与Older等研究均认为高温干燥的养护环境对混凝土的耐久性不利。 

　　温度、湿度和风速等均是控制混凝土养护条件的重要因素。由于真实自然气候条件的复杂性和随机性，这些因素的综合交互作用，对混凝土的性能都会产生不同影响。目前国内在这一方面的研究成果还较少，且大多集中在混凝土强度上面，而对混凝土耐久性的评价还不多见。因此，本文主要研究了不同养护条件下混凝土性能，特别是耐久性。 

　　2 原材料 

　　水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，化学成分见表1;使用Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的化学成分见表1，品质检验结果见表2;细骨料采用天然砂，细度模数为2.71，属中砂，粗骨料采用二级配碳酸盐碎石，表观密度2750kg/m3 ，面干吸水率0.42%，含泥量0.0%，坚固性1.9%;外加剂采用液态萘系缓凝高效减水剂（掺量0.6%，减水率21.7%）和改性松香酸盐引气剂（掺量0.018%，含气量4.0%）。 

　　3 试验与方法 

　　混凝土试验配合比、拌和物性能及28d抗压强度见表3。混凝土的拌和、成型均按DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》的相关方法进行。试验采用强制式搅拌机拌和，混凝土性能的测试均按DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》的有关方法进行。 

试验养护条件分标准养护、自然养护、保湿养护3种。标准养护下，养护室的温度控制在（20±3）℃、相对湿度95%以上;自然养护下，测得温度范围为17～34℃，平均温度在27℃左右，测得湿度为63%～89%，平均湿度75%;保湿养护是处在自然条件下盖上湿麻袋养护。 

　　4 试验结果及分析 

　　4.1 收缩变形 

　　混凝土的体积稳定性（即膨胀与收缩）对混凝土的耐久性影响很大。在实际情况下，混凝土的收缩和膨胀都受到不同程度的外部和内部约束。在受外部约束条件下，混凝土的收缩变形产生拉应力σp 与应变ε之间关系是:σp =εE，式中E为混凝土弹性模量。收缩变形包括干缩、塑性收缩、自收缩以及温度变形。当拉应力大于抗拉强度（fp ）时，混凝土开裂，即σp =εE>fp 。 

　　混凝土收缩变形试验结果见表4。从表4可以发现，自然养护试件的体积稳定性较差，其变形绝对值要大于保湿养护下试件的试验结果。这表明在混凝土施工过程中，加强对混凝土块体的湿度保护，有利于提高混凝土的体积稳定性。在表4的试验结果中，试件7d之前的变形值较小，有的试件还发生膨胀（即表4中的负值），可能是因为水泥中含有MgO的缘故。水泥中MgO通常水化非常缓慢，但由于自然养护时温湿度较高，水泥水化反应迅速，促进了MgO的水化，产生了膨胀效果。本试验采用的水泥中MgO含量为3.29%，使得在较高温度养护下混凝土试件早期易发生膨胀。 

　　4.2 抗渗 

　　混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的性能，对混凝土耐久性的影响十分重要。因为水分或侵蚀性介质的入侵是引发混凝土质量劣化、耐久性不足的主要原因之一。有学者认为混凝土的抗渗性是评价混凝土耐久性最重要的综合指标。就混凝土的渗透性与耐久性存在密切关系这一点，许多学者都进行了深入研究，得出的结论非常一致。美国的Metha，英国的Nevill及我国已故工程院院士吴中伟都主张，大幅度提高混凝土的抗渗性是改善混凝土耐久性的关键。 

　　混凝土抗渗性的试验结果见表5。从表5可以看出，标准养护条件下，混凝土的相对渗透系数小，抗渗等级高，本试验配合比下混凝土的抗渗等级均在W24以上;在自然养护条件下，混凝土试块的相对渗透系数均明显大于标准养护条件下试样的测试值，抗渗等级较低，比较不同强度等级的混凝土，结果表明混凝土的强度等级越低，自然养护对混凝土抗渗性带来的影响越大;在保湿的自然养护情况下，混凝土的相对渗透系数略低于标准养护的测试结果，抗渗等级的差别也较小，这表明加强对混凝土的湿度养护，有利于提高混凝土的抗渗性。 

　　4.3 抗冻 

　　冻融破坏是我国东北、西北和华北地区的水工混凝土建筑物在运行过程中产生的主要病害之一，对于水闸、渡槽等水工混凝土建筑物，冻融破坏的地区范围更为广泛。抗冻性是混凝土耐久性的一项重要指标，提高抗冻性一直是混凝土研究领域的重要课题。 
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　　混凝土抗冻等级的试验结果见表6，经各冻融次数后混凝土的强度保留值见表7。从表6可以发现，与标准养护相比，自然条件下混凝土试件经各冻融次数后质量损失率和相对动弹性模量下降率较大，按DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》评定的混凝土抗冻等级也略显低。保湿养护后，混凝土冻融后的质量损失和相对动弹性模量同标准养护试件的测试值差别不大，且评定的混凝土抗冻等级与标准养护下混凝土抗冻等级一致。 

　　如图1、2（略）所示，从各冻融次数后混凝土抗压强度和劈拉强度的保留值来看，冻融循环次数越多，混凝土强度下降越显著，如标准养护下，分别经100、200次循环后，2号试件的抗压强度从30.0MPa下降到22.7MPa、再降到13.0MPa。自然养护时，经不同次数的冻融循环后，混凝土强度的下降幅度更大，如1号试件经200次冻融循环后，抗压强度仅为原来的36.1%，2号试件经200次冻融循环后，抗压强度仅为原来的32.1%;与之相比，经200次冻融循环后，标准养护中混凝土的抗压强度分别为原来的77.9%、43.3%。经过自然条件下的保湿养护，混凝土经受各冻融循环次数后强度的保留值略低于标准养护测试值，但大于暴露自然条件下混凝土的试验结果，这说明改善混凝土早期养护条件可显著改善混凝土的抗冻融耐久性。 

　　5 结语 

　　（1）加强对混凝土块体的湿度保护，有利于提高混凝土的体积稳定性。 

　　（2）养护条件对混凝土的抗渗性和抗冻性影响很大，混凝土的强度等级越低，养护条件对混凝土抗渗性带来的影响越大。 

　　（3）经不同次数冻融循环后，混凝土的抗压强度、劈拉强度有不同程度的下降，冻融循环次数越多，强度下降越显著;自然养护条件下混凝土的劣化速度越快。 

　　（4）为了提高混凝土的耐久性，加强混凝土的湿度养护是很重要的。 

　　作者简介: 王迎春，男，长江水利委员会长江科学院水工程安全与病害防治工程技术研究中心，高级工程师。