不同養(yǎng)護方法對高強粉末混凝土性能影響

葉林法，鐘建鋒，何濤

（廣東省長大公路工程有限公司，廣州 510000）

目前國內(nèi)外被廣泛研究的活性粉末混凝土其抗壓強度最高可達到 800MPa，由于原料昂貴，制備工藝復(fù)雜，難以大規(guī)模運用于土木工程中。如何通過配合比的調(diào)整及養(yǎng)護制度的簡化，使超高強混凝土的制備技術(shù)更加通用，是影響其推廣應(yīng)用的一個重要問題。但研究工作集中在高效減水劑與硅灰等高活性摻合料復(fù)合[1]，降低水膠比，提高基體硬化密實度，同時摻加鋼纖維提高抗彎拉強度，獲得所需的高強度、高韌性和延性等方面，而對試件養(yǎng)護工藝等方面關(guān)注較少，缺乏養(yǎng)護制度對混凝土超高強化機理的系統(tǒng)研究[2]。本文主要研究不同的養(yǎng)護制度對 150MPa 超高強混凝土性能的影響。

1 試驗原材料及試驗方法

1.1 試驗原材料

（1）水泥：某公司生產(chǎn)的 P·O52.5 水泥，其基本性能見表1，化學(xué)成分見表 2。

（2）混合材：采用某品牌 S95 級高爐礦渣粉，某公司生產(chǎn)的 96 號硅灰，化學(xué)成分見表 2。

（3）石英砂：試驗用石英砂，具體篩分結(jié)果見表 3。

（4）其它：長度在 12mm 左右，直徑為 0.2mm 左右的冷拔鋼絲切斷型鍍銅鋼纖維；試驗室自行復(fù)配高效聚羧酸系減水劑，減水率 25%，含氣量 3%。

表1 水泥基本物理性能

表2 膠凝材料化學(xué)成分 wt%

表3 石英砂篩分結(jié)果 wt%

1.2 試驗方法

抗壓抗折強度按 JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》中的 T0553-2005 方法進行測試。高強粉末混凝土蒸汽養(yǎng)護采用混凝土快速養(yǎng)護箱（溫控范圍：20℃～100℃；溫控精度：±2℃）養(yǎng)護，試驗過程中將試塊放入快速養(yǎng)護箱，12h 內(nèi)升溫至 80℃ 恒溫養(yǎng)護。X 射線衍射分析所使用儀器型號為 D/Max-RB，掃描電子顯微鏡儀器型號JSM-5610LV，放大倍數(shù)范圍從 15 倍到 300000 倍。本次試驗屬于二次電子成像。

2 試驗結(jié)果

2.1 不同養(yǎng)護工藝對強度影響

為了研究不同養(yǎng)護工藝對超高強混凝土強度的影響，所采取的配合比[3-5]見表 4。在表 4 的基礎(chǔ)上再摻加總體積 1.5%的鋼纖維，減水劑為試驗室自行復(fù)配高效聚羧酸減水劑，摻量為 0.8%。

表4 超高強混凝土配合比

按照試驗設(shè)計的配合比，采用 8 種不同的養(yǎng)護方法得出的試驗結(jié)果如圖 1 所示，圖 1 中養(yǎng)護方法分別為：LTYH：露天養(yǎng)護，BMYH：露天薄膜養(yǎng)護，BZYH：標準養(yǎng)護，SYYH：20℃ 水浴養(yǎng)護，ZQLTYH：蒸汽養(yǎng)護 3d 后露天養(yǎng)護，ZQBMYH：蒸汽養(yǎng)護 3d 后露天薄膜養(yǎng)護，ZQSYYH：蒸汽養(yǎng)護 3d 后 20℃ 水浴養(yǎng)護，ZQBZYH：蒸汽養(yǎng)護 3d 后標準養(yǎng)護。

由圖 1 可以明顯看出，在不同齡期下，在其它條件相同時，蒸養(yǎng)處理后的強度值明顯高于未進行蒸養(yǎng)處理試件的強度值，標準養(yǎng)護與 20℃ 水浴養(yǎng)護試件條件強度值大于露天養(yǎng)護及露天薄膜養(yǎng)護強度值。在滿足工程質(zhì)量的前提下，從造價與工期可以看出，蒸汽養(yǎng)護是一種非常有效的手段。

從圖 1 中還可以看出，相比于標準養(yǎng)護條件與 20℃ 水浴養(yǎng)護，露天養(yǎng)護的后期強度增長率明顯小于標準養(yǎng)護條件下。雖然標準養(yǎng)護與 20℃ 水浴養(yǎng)護較露天養(yǎng)護條件下試件強度值要偏高，但是作為工程現(xiàn)場實際條件，在不影響工程質(zhì)量的前提下，露天養(yǎng)護可以大大減少工序與成本。

圖1 不同養(yǎng)護工藝對超高強混凝土強度的影響

2.2 蒸養(yǎng)時間對強度影響

通過 2.1 中的試驗結(jié)果可以清晰的看出，在節(jié)約工期，滿足強度要求的條件下，蒸汽養(yǎng)護是最為有效的一種工序。為了探索養(yǎng)護齡期對強度發(fā)展的影響規(guī)律，本文研究了 1d、2d、3d 和 4d 四種蒸養(yǎng)時間下試件強度發(fā)展情況，試驗配合比與表 4 相同，具體試驗結(jié)果如圖 2 所示。

圖2 不同蒸養(yǎng)時間對 150MPa 超高強混凝土強度影響

從試驗結(jié)果可以看出，在 4d 齡期以內(nèi)，試件強度隨蒸汽養(yǎng)護齡期的延長而增大。3d 齡期以內(nèi)，試件強度值增長率較大，2d、3d、4d 蒸養(yǎng)齡期與其對應(yīng)的前一天蒸養(yǎng)相比，抗壓強度值分別增長 13MPa、11MPa、1MPa；可見蒸養(yǎng)到 3d 齡期后，混凝土的強度增長值很小，為了節(jié)約成本與提高工作效率，在蒸養(yǎng)制度條件下，蒸養(yǎng)時間超過 3d 齡期意義不大。

2.3 蒸養(yǎng)時間對水化進程影響

圖3 是標養(yǎng) 28d 與蒸養(yǎng) 1d 和 3d 的 XRD 圖譜。由圖 3 中根據(jù) C3S 判斷，說明水泥都未完全水化，從XRD 峰值可以得出蒸養(yǎng) 3d 條件下水泥水化程度最大，標養(yǎng) 28d 的水泥水化程度最低。由圖 3 可以看出，Ca(OH)2特征峰大量存在，峰強最弱為蒸汽養(yǎng)護 3d 齡期，這說明蒸養(yǎng) 3d時的 Ca(OH)2含量最少，標養(yǎng) 28d 時的 Ca(OH)2含量最多，但是 28d 標養(yǎng)試件水泥水化程度最低，可見蒸養(yǎng)能夠加速火山灰反應(yīng)，消耗了大量的 Ca(OH)2。

為了進一步觀察蒸養(yǎng)對水化產(chǎn)物形貌的影響，本文對不同養(yǎng)護工藝下試件制樣進行了放大 10000 倍掃描電鏡觀察（圖 4），可以清晰的看到，不同的養(yǎng)護制度對膠材的水化形貌影響較大，通過 3d 的蒸汽養(yǎng)護，水泥石的結(jié)構(gòu)非常致密，水化產(chǎn)物之間相互嵌接，而蒸養(yǎng) 1d 以及標準養(yǎng)護 28d 試樣致密程度遠不及蒸養(yǎng) 3d，其中標準養(yǎng)護 28d 致密度最差。

圖3 不同養(yǎng)護工藝 XRD 圖譜

圖4 不同養(yǎng)護工藝SEM掃描圖

3 結(jié)論

（1）通過 8 種不同養(yǎng)護方法對比，蒸汽養(yǎng)護條件下高強活性粉末混凝土強度可達到 150MPa。與蒸汽養(yǎng)護相比，標準養(yǎng)護及水浴養(yǎng)護相對于露天養(yǎng)護對高強活性粉末混凝土強度值影響較小。

（2）針對蒸汽養(yǎng)護條件，通過 4 種不同齡期試驗結(jié)果得出，3d 后蒸養(yǎng)環(huán)境對高強活性粉末混凝土強度值增長影響很小。

（3）通過微觀分析，蒸汽養(yǎng)護條件下能夠加速硅灰與礦粉的火山灰反應(yīng)，消耗水泥水化產(chǎn)物 Ca(OH)2，通過二次反應(yīng)能夠使高強活性粉末混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，強度值發(fā)揮齡期短，可以明顯縮短工程工期，提高工程效率。

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