混凝土养护效果评价方法研究进展.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 4 期 【总 第 2 7 0 期 ) Nu mb e r 4 i n 2 O l 2 ( T 0 t a l No 2 7 0 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M Dr ED CONCRETE d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 4 0 2 8 混凝土养护效果评价方法研究进展 闰振鹏 1 2 ,李化建 ,安明韶 ( 1 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所 , 北京 1 0 0 0 8 1 ;2 北京交通大学 土木建筑工程学院,北京 1 0 0 0 8 1 )
2、摘要 : 养护是保证施工现场和实验室配制混凝土性能一致 的重要 环节 , 养护方式不 同, 其养护效果相差很 大 , 有必要研究养护效果评 价方法。 分析了各种评价方法的局限和不足, 总结了各种评价方法的应用情况, 提出了适合于施工现场方便、 简单的养护效果评价方法。 关键词: 养护效果;吸水率;表面抗渗性;电阻率;养护效率指数 中图分类号 : T U5 2 8 0 6 4 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 8 2 0 4 Adv an ce i n r es e ar c h on ev al ua t i on me
3、t ho ds of c onc r e t e c ur i ng e ffe Y ANZ h e n - p e n g1 ,2 L I Hu a -j i a n , A NMi n g - z h e ( 1 R a i l wa yE n g i n e e ri n gR e s e a r c hI n s t i t u t e , C h ma Ac a d e myo f R a i l w a yS c i e n c e , B e ij i n g 1 0 0 0 8 1 , C h i n a ; 2 S c h o o l o f C i v i l E n gi
4、n e e ri n g , Be i j i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y , Be i j i n g 1 0 0 0 8 1 , C h i n a ) Abs t r a c t : Cu rin g i s e s s e n t i a l t o e n s u r e t h e s a me p r o p e r t i e s o f c o nc r e t e b e t we e n c o n s t r u c t i o n s i t e a n d 1 a b o r a t 0 r y, f o r d i
5、 ffe r e n t c uri n g me t h o ds , c o n c r e t e c ur i n g e ffe c t v a r y s i g ni fi c an t l y T h e r e f o r e, i t i s n e c e s s a r y t o i n v e s t i g a t e the e v a l u a t i o n me t h o d o f c u r i n g e ffe c t Li mi t a t i o n s a n d s h o rtc o m i n g s o f v a r i e t
6、y o f e v a l u a t i o n me t h o d s we r e a n a l y z e d, t h e a p p l i c a t i o n o f v a r i o u s e v a l u at i o n me t h o d s we r e s u mma ri z e d , and l a s t l y t h e e a s y a n d s im pi e c u r i ng e v a l ua t i o n m e t h o d s o fc o n s t r u c t i o n s i t e we r e p
7、 r o p os e d K e ywo r d s : c u ri n g e ff e c t ; s o r p t i v i ty; s u r f a c e i mp e r me a b i l i ty; e l e c t r i c a l r e s i s t i v i ty; c u r i n g e ffic i e n c yi n d e x( CE I ) 0 引言 随着混凝土技术的发展, 掺合料和外加剂的不断改进创新 , 混凝土的性能得到了大幅度的提高。 然而混凝土材质恶化和环 境的影响, 新的问题随之产生, 混凝土早期 自收缩大、 开裂敏感 性高
8、, 容易产生裂缝 , 在服役期间破坏 日渐明显 , 造成经济的损 失和生态的破坏。 究其主要原因是混凝土的耐久性不 良造成 的, 对混凝土早期没有采取科学的养护方法, 或养护不当、 养护 效率低造成的。 养护是获得高质量混凝土的重要环节 , 对其性能的发展影 响很大。 混凝土拌合物浇筑后必须在硬化初期阶段在适合的环 境中进行养护, 才能保证混凝土性能得以发展。 AC I 将养护定义 为: “ 水泥在水分与温度满足的条件下持续水化, 水泥混凝土逐 渐成熟和硬化发展的过程。 ” 养护即为水泥( 或胶凝材料 ) 原始 的水化提供适宜的温度和湿度环境, 直到新鲜水泥浆中原始充 水孔为水泥水化产物填充到
9、所要求的程度为止 。 养护不仅影 响混凝土强度的发展, 而且影响着混凝土的耐久性 , 特别是影 响着表面层混凝土的性能。 传统的养护方式有水养护方法如蓄 水养护、 洒水或喷雾养护、 覆盖湿麻袋养护等和密封养护如塑 料薄膜。 近年来, 随着混凝土施工中养护剂的推广应用和内养护 技术的发展 , 越来越多的养护方法或技术可供选择 , 但是优先 选择哪种方法最合适 , 养护效率最高 , 养护到何种程度可以停 止却没有统一的定义, 也没有规范的参考标准。 由于现场混凝土 养护效率的快速评价 比较困难 , 养护效率常常被忽略, 混凝土 质量无法得到保证。 国内外大量的研究集中在养护对混凝土性 能的影响,
10、对养护效果评价方法的研究有限, 已有的评价方法 如吸水率评价 2 - 3 、 表面渗透性评价4 1 、 电性能评价 及养护效率 指数评价【7 _ 8 1等。 本文就国内外混凝土养护效率评价方法研究进 展做以总结, 各种评价方法在一定程度上存在一定的不足之处 , 分析了各种评价方法的应用情况, 总结了适合于施工现场简单、 有效的养护效率评价方法。 1 养护效果影响因素 影响混凝土养护效果的 3个主要因素为: 养护温度、 养护 湿度、 养护时间。 它们影响混凝土性能的发展, 尤其影响近表面 层混凝土 的性能 。 1 1 养 护温度 温度对混凝土养护效果影响很大, 一般来说 , 高温养护加 速了混凝
11、土的水化过程, 温度越高, 混凝土早期强度发展越快, 但是早期的过高温养护会对混凝土后期强度的发展产生不利 影响。 温度降低 , 混凝土硬化速度减缓 , 温度降到 0以下, 水 泥水化基本停止, 混凝土孔隙中自由水结冰, 体积膨胀, 强度有 所降低。 Ve r b e c k t9 1 认为, 常温养护时, 水泥水化速率较低 , 水化 产物可充分地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。 然而, 在高温养护条件下 , 水化速率 收稿 日期 :2 0 1 1 - 1 0 1 4 基 金项 目:国家“ 9 7 3 ” 计 划( 2 0 1 0 C B 7 3 6 1
12、 0 2 ) ; 中国铁道科 学研究 院行 业服务 技术创新 项 目( 2 0 0 9 Y J 1 9 ) ; 土木工 程材料 国家重点 实验 室开 发基金 ( 2 0 1 0 C E M0 0 9 ) ; 铁道部科技研究开发计划重点课题( 2 0 1 0 G 0 0 4 E ) 82 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 过高 , 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, 宏观上表现为 后期强度下降 , 抗渗性降低 。 1 2养护 湿度 新浇筑的混凝土必须保湿养护才能保证水泥颗粒的充分 水化 , 从而满足混
13、凝土强度、 耐久性等技术指标。 当混凝土初凝 之后 , 由于水分的蒸发或其他原因造成水分损失会影响水泥的 充分水化。 混凝土性能的发展取决于水泥的水化程度 , 水泥水化 只有在湿度相对高的条件下才能进行。 随着水化的进行 , 水化产 物不断地填充毛细孔隙, 增加了孔隙中的水压力 , 产生毛细现 象引起水分迁移。 水分趋向迁移到与环境接触的湿度较低的混 凝土表面 , 从而导致早期的湿度散失。 混凝土内部湿度越高, 水 分迁移越快, 致使蒸发速率增加, 过快的蒸发会导致孔隙内的 湿度低于饱和水平之下, 从而阻碍水泥的水化【 u 】 , 在混凝土的养 护期内, 必须保证混凝土的养护湿度。 新浇筑混凝
14、土中的水分散 失首先是从表面泌水开始 , 当泌水完全蒸发后 , 通过毛细作用 迁移到混凝土表面的水开始蒸发 , 如果水分蒸发速率大于通过 毛细作用迁移到混凝土表面的速率 , 会引起混凝土开裂 , 影响 性能【 1 】 。 S p e a r t 认为, 当混凝土内部相对湿度小于 8 0 时 , 水泥 水化停止。 因此, 应尽可能保证相对湿度大于 8 0 , 保湿养护对 于混凝土性能的发展极为重要。 1 3 养 护 时 间 养护时间对混凝土长期性能有显著影响。 混凝土是在温湿 度不断变化的环境中养护的, 养护时间可以根据混凝土性能的 发展来确定, 或依据成熟度( 睐 确定, 成熟度理论依据强度发
15、展 是养护时间和温度函数的原理而建立的。 一般来说, 随龄期的延 长混凝土强度提高, 早期强度增长较快 , 养护 2 8 d之后强度增 长逐渐缓慢。 2 养护效果评价方法 2 1 混 凝 土湿度 养护过程要控制湿度, 确保有足够的水可用于维持水泥水 化程度达到期望的混凝土性能。 混凝土内部水含量的变化对混 凝土的性能和耐久性有重要的影响【 1 3 。 混凝土内部湿度比周围 环境湿度越高, 水分散失越快 , 湿度的降低会逐步影响到混凝 土内部水泥颗粒的水化。 因此混凝土在养护期间, 必须保证混凝 土的表面有足够的湿度 , 同时必须阻止混凝土的水分蒸发。 混凝土性能的变化很大程度上受到内部相对湿度
16、( I R H) 的 影响。 文献 1 4 】 提出了混凝土内部水分扩散的经典模型, 混凝土 内含水量与相对湿度迁移的关系表达式为: - i v c ( ) 】 ( 1 ) 式 中 : t 时间 ; h 混凝土孑 L 内相对湿度 ; 混凝土内含水量 ; C 依赖于 h的水渗透系数( c通过混凝土的干燥试验 确定, 随着材料内部相对湿度的降低而降低) 。 国内于韵等 嗽 了混凝土内部相对湿度( I R H) 的研究 。 研 究了不同养护条件下, 不同水灰比的混凝土早期 I R H的变化规 律, 水养护可以延迟混凝土早期 I R H的下降, 当水灰比W C 0 : 4 时, 水 中养护时混凝土早期
17、 I R H几乎没有下降 , 下降过程向后 延迟。 这是由于水灰比大, 混凝土的孔隙率大, 水中养护时水分 容易扩散, 混凝土处于饱水状态, 故早期表现出 I R H无下降。 当 混凝土 I R H小于 8 0 时, 水泥水化将停止。 因此 , 可以通过检测 混凝土内部的含水量的程度监测养护过程的效果【 1 , 采用混凝 土内部相对湿度测试方法评价混凝土早期养护效果有一定的指 导意义, 但是不适合评价养护后期效果以及混凝土陛能的发展。 2 2 表面渗透性能评价 本研究总结了两种表面渗透性能评价方法 : 表面吸水率法 和表面抗渗性法。 2 2 1 吸水率法 表面吸水率法是最早的混凝土养护效率评价
18、方法 , 由 E p h r a i m s e n b e t t a 翻 用吸水率的指标 提出, 凰 由公式( 2 ) 计算 : V A= ( 亿 ) ( 2 ) 表示为一段时间内, 单位面积的吸水量 , 是由毛细孔隙 率和毛细孔半径决定的, AS T M C1 5 1 1 认为普通混凝土的表面 吸水率 3 7 x 1 0 c m 2 s 则养护良好 , I5 5 1 0 c m2 s 则养 护不充分。 表面吸水率法的缺点是没有对低水灰比( 水胶比) 的 混凝土提出建议 , 不区分混凝土大孔与微孔在吸水过程中的水 分迁移特性, 未考虑孔径的大小以及均匀性等微分孔隙率参数。 因此, 不能反映
19、混凝土微观结构的变化。 詹炳根等吼 在改进 E p hra i m S e n b c t t a吸水率试验方法后, 通过 混凝土不同深度的微观孔结构参数评价养护充分与否, 提出了用 微分孔隙率参数来评价混凝土养护效率。 方法如下 : 7 c mx 7 n l x 7 c m混凝土试件成型后, 按规定条件养护至 5 6 d龄期 , 用岩相 切片机自暴露面到立方体试件底面切成厚为 1 c m的七块试样; 试验前 , 在相对湿度 9 8 的标准养护室中养护 4 d 后称量 ri B , 然后在温度为 1 0 5的干燥箱中干燥 4 8 h至恒重, 称量 m 。 ; 试 验时, 将切成的试样表面浸入水
20、中, 浸水 0 2 5 、 1 、 2 4h后用电子 天平称吸水试件质量( 精度 0 0 0 1 g ) , 取其 3个测量值的平均值 作为试样一个面的 m m 、 m , 取 = m 。 基于以下公式可以 得到混凝土表面吸水率 、 平均尺寸指标 A : 以及微孔孔隙率 , 其 中: , ( Kin - roB -too 一 ( 4 ) In f 1 a = 堕 ( 5 ) l n 4 、 一h h ( ) ( 6 ) 式中: 毛细孔积分孔隙率, c m2 s ; 一 A 横断面面积 , c m2 ; 微孔的相对数量 , 变化范围为 0 g m 1 ( K m 越大 说明微孑 L 所占比例越多
21、) ; 毛细管尺寸的均匀性, 其值介于( 0 , 1 ) 之间。 养护对混凝土内部微观结构产生一定的影响, 充分的养护 能使毛细孔径不断细化。 因此, 从混凝土微观孔结构角度出发反 映养护效果较准确 、 全面。 由此可见利用该方法来评价混凝土 83 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 的养护效果是可行的, 它可以反映出混凝土内部微观孔结构的 变化。 这种变化体现了混凝土养护效果的水化进程; 而孔结构与 混凝土的耐久性能紧密相关, 完善的微观孔结构预示了混凝土 良好的耐久性能, 因此基于微观孔结构的评价方法能够基本满 足混凝土养护效果评价的要求。 但是, 试件切割对混
22、凝土孔结构造成了一定的破坏, 使得 试验结果与实际情况有一定差距; 缺乏评价混凝土养护效果的 微孔隙率的判断标准。 2 2 2 表面抗渗性法 詹炳根等嘲 试验表明不 良的养护措施仅仅影响混凝土表面 深度以下 3 0 mm。 因此, 表面抗渗性可以用来评价混凝土养护效 率, 是基于养护主要影响近表层混凝土的性能, 不同的养护方 式下表层混凝土性能差异显著的基础上提出的。 其原理是通过 对混凝土表面施加一定的水压, 并且在一段时间内保持恒定 , 通 过记录渗入混凝土中的水量评价混凝土的表面渗透性【 。 方法如下: 成型 1 5 0 m mx l 5 0 mmx l 5 0 mm混凝土试件, 将 G
23、WT 4 0 0 0渗水性能测试仪的压力容器贴于待测混凝土表面, 在 压力容器中注人蒸馏水 ;加压使混凝土承受规定的 0 5 B a r 的水压力, 通过一个深入容器内部并与容器相连接毫米表使水 压恒定一定的时间 ; 记录毫米表随时间移动的距离, 得到一 个时间一 长度曲线。 在混凝土表面无水渗出时, 通过待测混凝土 的水的流量可以应用公式( 7 ) 计算, 如下: g = = 7 8 6 ( & - g 2 ) 3 0 1 8 t = 0 0 2 6 ( &- g 2 ) h( 7 ) 式中 : 曰 毫米表探针 浸入容器 中的水中的面积 , 为 7 8 6 mm ( 1 0 i n l l
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