養護方式對HPC試塊抗壓強度影響分析

閆　旭，呂利華

(東北林業大學 土木工程學院，哈爾濱 150040)

?

養護方式對HPC試塊抗壓強度影響分析

閆旭，呂利華*

(東北林業大學 土木工程學院，哈爾濱 150040)

摘要：對標準養護、跟蹤養護、同期養護三種養護方式下高性能混凝土(HPC)的強度增長情況進行跟蹤，對比分析得到不同養護方式對抗壓強度隨時間增長的影響差異。當齡期為28d時，對實體取芯和三種養護方式下試塊的抗壓強度進行對比，探究哪種養護方式與HPC實體水化環境更為接近。結果表明，跟蹤養護方式下抗壓強度最高，同期養護和標準養護下抗壓強度相差不大。跟蹤養護28 d抗壓強度與實體最為接近，所以跟蹤養護與實體內部環境相似，更適宜作為HPC的標準養護方式。

關鍵詞：養護制度；HPC；抗壓強度；跟蹤養護

0引言

高性能混凝土(HPC)是由普通混凝土高強化的更深層次的研究成果[1]。外加劑及摻合料的使用，使HPC相比與普通混凝土(OC)改變顯著，其水化機制及微觀結構的改變使HPC各方面性能得到顯著提升[2-4]，但卻使HPC變得對外界環境更加敏感[5]。而養護恰恰是為混凝土提供良好的水化外界環境，使其在最短的時間內得到最佳最穩的性能，并有效抑制原發缺陷的發生[6]，所以選擇合適的養護方式對HPC意義重大。Dhir等研究發現，過高的養護溫度不利于純水泥混凝土強度增長，卻有利于粉煤灰混凝土強度的增長，說明普通混凝土和高性能混凝土養護所需溫度存在巨大差異[7]。不能再將HPC與OC等同對待，所以應對使用日益頻繁的HPC，建立適用的養護方式[8-9]。目前混凝土結構驗收時均采用同期現場取樣制作150 mm的正方體混凝土試塊，標準養護28 d，以其28 d抗壓強度達標情況作為驗收標準。強度等級要求較低、結構尺寸較小時，此種方法基本能反應實體強度，但當構件尺寸增大，混凝土的內部溫度增幅逐漸增大，強度偏差增大[10-16]。現有養護方式落后且不能反映實體強度，為解決這問題，找到能替代HPC實體強度發展的養護方式。故對跟蹤養護、標準養護、同期養護三種養護方式下的強度增長過程進行對比研究。

1試驗設計

跟蹤養護采用大體積HPC核心的溫度作為HPC試塊的養護溫度；同期養護則需保證HPC試塊和大體積HPC處于相同的溫度環境中進行養護工作；標準養護將試塊放在溫度20℃±2℃、相對濕度95%RH的環境下養護。本試驗目的是：以找到能將HPC實際強度增長情況如實在實驗室內表達的養護方式為出發點，在以上三種養護方式中選取更接近實體內部水化環境的養護方式，推薦其成為HPC標準養護制度。本試驗需在澆筑大體積HPC的同時，留取同批次HPC制作HPC試塊，將HPC試塊放在跟蹤養護、標準養護、同期養護三種不同養護環境中分別進行養護。對HPC試塊的抗壓強度增長情況進行跟蹤，了解不同養護方式對抗壓強度隨時間增長的影響差異。當齡期為28 d時，實體取芯測強。將取芯測強結果與三種養護方式下28 d抗壓強度進行對比，看哪種養護方式下28 d抗壓強度與實體實際抗壓強度值接近，確定最佳養護方式。試驗中水泥用量定為240 kg/m3，硅粉摻量定為15 kg/m3，礦粉與粉煤灰摻配比例定為3∶1，具體試驗配比見表1。

表1　試驗配合比

2試驗材料

所用的膠凝材料為P.O 42.5硅酸鹽水泥，II級粉煤灰、S95級磨細高爐礦渣粉和奧斯加密硅粉。減水劑為國產萘系高性能減水劑。粗集料為5～25 mm連續級配碎石；細集料為細度模數為2.6的中砂，堆積密度為1 721 kg/m3，表觀密度2 540 kg/m3。

3試驗過程

在野外挖坑筑模，坑的內徑尺寸為1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm。外包防水布、泡沫板進行防水保溫隔熱，并設置溫度探頭。澆筑HPC，采集核心溫度(如圖1所示)，隨時調節跟蹤養護的水浴溫度保持與HPC核心的溫度一致。澆筑同時需留取同批次HPC做100 mm×100 mm×100 mm試塊54塊，平均分三組，分別置于預先設置的三種養護方式下進行養護。當齡期為2、3、7、14、28 d時，從各養護方式中取三塊試塊進行抗壓強度測試；當齡期為28 d，在野外澆筑的實體表面隨機選取三點進行取芯操作，切割上下表層進行找平處理，留中間部分進行抗壓強度測試。

圖1　HPC核心溫度(跟蹤養護執行溫度)Fig.1 The core temperature of HPC(maintenance tracking)

4試驗結果及分析

4.1試驗結果

三種養護方式下，HPC試塊的2、3、7、14、28 d抗壓強度測試結果見表2。28 d實體鉆芯取樣的抗壓強度結果是61.23MPa。

表2　跟蹤養護、同期養護、標準養護下抗壓強度

4.2試驗結果分析

三種養護方式下各齡期強度值如圖2所示。由圖2可知跟蹤養護下HPC整體抗壓強度最高，位于三曲線最上端。與同期養護相比，標準養護下抗壓強度略高但與同期養護的抗壓強度相差不大。跟蹤養護的抗壓強度平均值為49.37 MPa，是標準養護下抗壓平均強度的1.29倍，兩者差距明顯。以達到40 MPa強度為標準，跟蹤養護用時3 d，標準養護用時7 d，跟蹤養護比標準養護節省時間一半以上。說明養護方式不同，強度增長速率差異明顯。就各齡期之間不同養護方式下抗壓強度增長率進行統計，見表3。

圖2　三種養護方式下抗壓強度對比Fig.2 The compressive strength of test under three ways of maintenance

時間/d0~22~33~77~1414~2121~28跟蹤養護增速/(MPa·d-1)16.674.952.680.900.0961.186同期養護增速/(MPa·d-1)9.888.252.371.080.2740.361標準養護增速(/MPa·d-1)9.125.983.520.760.8510.720

由表3可知，跟蹤養護下0~2 d抗壓強度增長速率最快，明顯高于其他兩種養護方式下同期強度增速。僅用兩天時間，便達到33.34 MPa的抗壓強度，占跟蹤養護28 d抗壓強度51.9%。0~2 d的跟蹤養護平均溫度為26.47℃，明顯高于標準養護溫度。說明適當提高養護溫度可以顯著提升HPC的早期抗壓強度。在0~2 d，HPC內部發生水化反應的物質主要為水泥顆粒，此反應在跟蹤養護環境下的速率比標準養護高一倍。說明標準養護的溫度相對跟蹤養護不太適合HPC水化反應的進行，HPC水化早期反應的適宜溫度應比20℃高。跟蹤養護7 d后，試塊抗壓強度增長速率降至0.9 MPa/d，增速速率明顯降低。跟蹤養護14 d后增長速率不足0.1 MPa/d，增長基本停滯，此時抗壓強度為55.31 MPa，已經超過標準養護28 d的抗壓強度值，說明跟蹤養護相比標準養護更有利于HPC中期抗壓強度的增長，要求跟蹤養護時間應比標準養護時間要短。跟蹤養護21 d后，抗壓強度增長速率回升至1.186 MPa/d，HPC的內部的水化反應再度開始。0~28 d，水化反應速率一增一降再增的過程主要因為：0~2 d時HPC主要發生水化反應的物質是鋁酸三鈣，水化反應較迅速，抗壓強度增速較快；2~14 d，抗壓強度增長速率逐漸將至較低水平，說明HPC內部水化反應速率逐漸降低，水化物質逐漸由鋁酸三鈣轉為硅酸三鈣等其他水化速率較慢的物質；14~21 d，強度增長速率非常低，水化反應基本停滯，其原因主要是水泥顆粒發生的水化反應生成較多的氫氧化鈣，氫氧化鈣是微溶物質，逐漸析出覆蓋在水泥顆粒表面形成氫氧化鈣晶體，阻礙水泥顆粒的繼續水化，導致強度增長停滯；21~28 d，強度增長速率再次上升，則是因為試驗配比中有大量的礦物摻合料，礦物摻合料中的活性物質和氫氧化鈣晶體發生反應，使水泥顆粒表面的氫氧化鈣晶體逐漸消失，水泥顆粒得以再次水化，水化速率有所回升。對跟蹤養護的21~28 d養護溫度進行研究發現：此段時間的溫度基本維持在15℃左右，跟蹤養護下HPC抗壓增長速率仍比標準養護下抗壓強度增長速率高，說明適宜HPC的21~28 d水化溫度應該在20℃以下。溫度太高不適宜HPC水化二次反應的進行，甚至會對HPC的強度增長不利。

澆筑后28 d進行實體取芯，經切割、打磨、制樣、測得抗壓強度為61.38 MPa，考慮到實際在取芯過程中會有些許擾動，實際實體抗壓強度理論上應稍大于此值。對三種養護方式下的28 d抗壓強度進行相近程度分析，結果見表4。從表4中可直觀看出：跟蹤養護下28 d抗壓強度與之最為接近，且大于取芯強度，符合推斷。由此可得：跟蹤養護與實體內養生環境最為接近，在跟蹤養護養生環境下所得數據更具有代表性，跟蹤養護應推薦成為HPC的標準養護方式。

表4　三種養護方式下抗壓強度與28d

5結論

(1)對HPC強度增長趨勢研究所得：澆筑后的7 d內適當升高養護溫度對HPC的強度形成有益；澆筑后14~28 d的HPC水化不需要高溫，養護溫度應適當降低，否則會阻礙HPC水化反應的進行。溫度恒定的標準養護并不是HPC最好的養護方式，其養護的試塊強度值與實體強度相差較大，不可作為實體強度的替代。

(2)相同HPC試塊，在跟蹤養護下強度增長較快，最終強度較高。相比與標準養護，跟蹤養護下的試塊強度與實體強度更為接近，能夠替代實體強度。針對HPC，應推薦使用跟蹤養護作為實驗室內HPC的標準養護制度。

(3)為了簡化實驗過程，降低試驗難度，及時開發配套的養護設備，并針對不同配比的HPC建立完善的養護溫度曲線形成溫度手冊供跟蹤養護的使用者使用。

【參考文獻】

[1]黃士元.高性能混凝土發展的回顧與思考[J].混凝土，2003(7)：3-9.

[2]馮乃謙.高性能混凝土的發展與應用[J].施工技術，2003，32(4)：1-6.

[3]王江波，姜志威.高性能混凝土的應用與發展概述[J].科技創新導報，2009(21)：25-25.

[4]初少鳳，施養杭.高性能混凝土的研究現狀與應用前景[J].低溫建筑技術，2007(6)：4-6.

[5]Huo X S，Wong L U.Experimental study of early-age behavior of high performance concrete desk slabs under different methods[J].Construction and Building Material，2005，20(10)：1049-1056.

[6]邱玉深.對混凝土養護方法的思考與建議[J].混凝土及水泥制品，2009(2)：5-9.

[7]Dhir R K，Jones M R.PFA concrete：Influence of simulated in situ curing on elasto-plastic load response [J].Magazine of Concrete Research，1993，45(1)：163.

[8]吳迪.淺談高性能混凝土[J].江西建材，2013(6)：8-9.

[9]田仁應.對高性能混凝土的認識和推廣應用思考[J].交通標準化，2013(1)：33-35.

[10]李家和，江守恒，朱衛中.TMC養護下大體積混凝土力學性能研究[J].低溫建筑技術，2006(3)：10-12.

[11]張盛然，呂麗華，徐子豪，等.高性能混凝土水化溫升影響因素分析[J].低溫建筑技術，2014(9)：11-13.

[12]陳燦明，黃衛蘭，唐崇釗，等.混凝土強度與彈模依時增長相關性公式的試驗研究[J].公路工程，2010，35(1)：51-55.

[13]馬強，朋改非，謝永江，等.雙摻硅灰、粉煤灰對青藏鐵路用高性能混凝土性能的影響[J].混凝土，2004(3)：45-48.

[14]向洪，袁銅森.鉆芯法檢測橋梁混凝土強度的評定方法探討[J].公路工程，2013，38(3)：180-183.

[15]江守恒，李家和，朱衛中，等.大體積混凝土水化溫升影響因素分析[J].低溫建筑技術，2006(2)：7-9.

Analysis on the Influence of Maintenance Method on the CompressiveStrength of HPC Test Block

Yan Xu，Lv Lihua*

(College of Civil Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Abstract：In this paper，the strength growth of HPC under the standard curing，maintenance tracking，and simultaneous maintenance was analyzed and compared to understand the impact difference of HPC strength growth along time under different maintenance modes.At the 28th day，the coring strength and the comprehensive strength under different maintenance modes were compared to discuss which maintenance mode was much closer to nature.Results showed that the compressive strength of HPC under maintenance tracking mode was the highest and the difference of the comprehensive strength growth of HPC under standard curing and simultaneous maintenance was very small.The comprehensive strength at the 28th day under maintenance tracking mode was more similar to the actual situation；therefore maintenance tracking was suitable as the standard maintenance mode of HPC.

Keywords：maintenance mechanism；HPC；compressive strength；maintenance tracking

中圖分類號：TU 755.7

文獻標識碼：A

文章編號：1001-005X(2016)02-0078-04

作者簡介：第一閆旭，碩士研究生。研究方向：高性能混凝土。*通信作者：呂利華，碩士，副教授。研究方向：高性能混凝土。E-mail:1624303026@qq.com

基金項目：黑龍江省科技廳科研項目(GC12A110)

收稿日期：2015-11-16

引文格式：閆旭，呂利華.養護方式對HPC試塊抗壓強度影響分析[J].森林工程，2016，32(2)：78-81.