養(yǎng)護對UHPC性能的影響研究綜述

于俊超 張軍旗 彭 帥 王 俊

（河北建設勘察研究院有限公司， 河北 石家莊 050031）

眾所周知，養(yǎng)護制度會對混凝土的性能產生重大影響。較高的溫度可以加速水泥水化反應的進程，改善混凝土內部微觀結構，增強界面粘結力，進而提高混凝土的力學性能；但同時過高的溫度也會給材料帶來不利的影響。與普通混凝土類似，養(yǎng)護制度也在很大程度上制約著超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete，簡稱UHPC)的性能，進而影響其在結構工程中的使用情況。因此，研究不同養(yǎng)護制度對UHPC性能產生的影響顯得尤為重要。

1 UHPC宏觀性能研究現(xiàn)狀

UHPC所具有的超高強度、韌性、耐久性等宏觀性能是其備受工程師青睞的主要原因，也是其能較好的在建筑結構中應用的重要保障。養(yǎng)護不當會造成混凝土的物理力學性能和耐久性劣化，甚至產生疏松脫落、開裂等宏觀破壞現(xiàn)象，影響工程結構的正常使用。因此，需要對養(yǎng)護制度與UHPC宏觀性能的關系進行深入的研究。目前，已有眾多學者對此進行了探索，并取得了有價值的成果，其中采用較多的熱處理養(yǎng)護制度包括：濕熱養(yǎng)護（熱水養(yǎng)護和蒸汽養(yǎng)護）、高壓養(yǎng)護與干熱養(yǎng)護；常用溫度有：60□C、90□C、160□C、200□C 和 250□C。

1.1 力學性能

UHPC的力學性能是其宏觀性能的主要表現(xiàn)。Yang等對比了90□C熱水養(yǎng)護和20□C水養(yǎng)UHPC的力學性能后指出，前者的抗壓強度、抗折強度和斷裂能分別比后者高20%、10%和15%。此外，我國的張勝等人也提出了類似觀點，即濕熱養(yǎng)護有利于改善水泥石與鋼纖維的界面，使得UHPC的抗壓、抗折強度和斷裂能較標準養(yǎng)護時均有所提升，但同時文獻也指出采用蒸汽養(yǎng)護的試件后期強度會出現(xiàn)不同程度的倒縮。Saly等研究發(fā)現(xiàn)3d蒸汽養(yǎng)護和干熱養(yǎng)護的UHPC力學性能，與90d標養(yǎng)后的數(shù)值接近；由于蒸汽養(yǎng)護對混凝土內部濕度的損失有補償作用，使得在該種養(yǎng)護制度下UHPC的抗壓強度和斷裂能均高于干熱養(yǎng)護。此外，Yaz?c等對比研究了標養(yǎng)、蒸汽和高壓養(yǎng)護方式對RPC力學性能的影響指出：高壓和蒸汽養(yǎng)護加速了水泥的水化進程，可使RPC的抗壓強度分別比標養(yǎng)時提高25~63%和9~61%；但同時二者也會造成纖維與基體間粘結強度的下降，導致RPC的抗折強度降低，且蒸汽養(yǎng)護引起的粘結強度損失更大。

1.2 耐久性等

除力學性能外，學者們還對UHPC的耐久性、收縮等宏觀性能進行了分析。有研究指出，干熱養(yǎng)護后的UHPC并不具備很好地抗氯離子滲透的能力，但蒸汽養(yǎng)護可以加速水化，使UHPC微觀結構更加致密，抗氯離子滲透能力較標準養(yǎng)護大大增強；而在抗凍融循環(huán)方面，與標養(yǎng)相比，蒸汽養(yǎng)護和干熱養(yǎng)護均未見明顯優(yōu)勢。Cwirzen等則指出在凍融循環(huán)和除冰鹽共同作用下，經過90□C蒸養(yǎng)后的UHPC結構損傷嚴重，抗鹽凍性能明顯低于自然養(yǎng)護。關于熱處理對UHPC拉伸和壓縮蠕變的影響。此外，有研究發(fā)現(xiàn)90□C蒸汽養(yǎng)護的RPC干縮性能優(yōu)于標準養(yǎng)護和60□C蒸養(yǎng)。

考慮到熱處理的養(yǎng)護方式和壓力等在施工過程中的復雜性、可行性，也有部分學者開始了采用常溫常壓養(yǎng)護制度，制備具有超高強度、韌性 UHPC的實驗研究。

2 UHPC微觀性能研究現(xiàn)狀

混凝土是一種多孔、多相材料，其微觀結構的改變在一定程度上影響著混凝土的宏觀性能。UHPC作為一種新型材料，其組分細度的提高、活性摻合料的添加和超低的水膠比，使其水化進程、水化產物及微觀結構與養(yǎng)護制度息息相關。長時間的熱處理時間和溫度可增長CSH鏈，使UHPC變得更加密實；且火山灰效應很大程度上依賴于養(yǎng)護的溫度和持續(xù)時間，溫度從90□C上升至250□C時，硅灰的消耗量由15%上升至70%，200□C以上持續(xù)養(yǎng)護48h時，石英的火山灰效應活躍發(fā)生。

如前所述，養(yǎng)護起始和持續(xù)時間、溫度、壓力會對UHPC的力學性能產生影響，那在微觀結構上會引起何種變化呢？文獻中采用SEM和MIP技術，并以非蒸發(fā)水量評估水泥的水化程度，就養(yǎng)護的起始和持續(xù)時間對UHPC微觀結構的影響進行了探討：較長的熱養(yǎng)護可以增大水泥的水化程度，提高混凝土的最終抗壓強度，而過早和過晚的熱養(yǎng)護會使得水化程度有所下降；同時熱養(yǎng)護后UHPC的總孔隙率顯著下降，孔徑也變小，微結構得以細化。文獻中通過EDX分析發(fā)現(xiàn)：UHPC水泥水化產物的類型隨養(yǎng)護溫度發(fā)生變化，100□C時水化產物中未見特殊晶體出現(xiàn)，150□C時雪硅鈣石晶體開始形成，200□C時變得更為致密，最終 250□C時有硬硅鈣石形成；且同一溫度不同的熱處理時間，形成的水化產物中 Ca/Si比也不相同，形成的晶體質量和數(shù)量也不同，進而對力學性能的影響也不一致。劉娟紅等對經90□C蒸養(yǎng)再150□C干熱養(yǎng)護后，水泥用量少、水膠比較高的RPC水化產物進行了觀測發(fā)現(xiàn)，CSH凝膠變得致密而連續(xù)，并堆聚形成放射形凝膠顆粒簇，表面變得平滑飽滿，填充原有的空隙形成塊狀結構，使RPC內部結構更加密實；強度值增長了200%，孔隙率與孔隙特征也得到明顯改善；Ca/Si從1.41降至1.20左右。此外，有研究發(fā)現(xiàn)高壓養(yǎng)護也有類似的效果。

3 結論與展望

適宜的養(yǎng)護制度是混凝土獲得高強度、高耐久性的前提，對于超高性能混凝土也是如此。一定的熱養(yǎng)護可以加速水泥水化反應的進程和火山灰效應的發(fā)揮，改善UHPC內部微觀結構，改變CSH形貌，增強界面的粘結力，進而影響UHPC的宏觀性能。此外，熱養(yǎng)護的起始和持續(xù)時間、壓力等也是影響UHPC性能的重要因素。但目前的研究多數(shù)集中在不含粗骨料的RPC上，且高溫、高壓的養(yǎng)護方式在給經濟上帶來負擔的同時，也會給現(xiàn)場施工澆筑帶來困難。

鑒于此，在以后的研究中，我們可以從以下幾方面著手：

（1）研究養(yǎng)護制度對含粗骨料的超高性能混凝土宏觀性能的影響，并從微觀上進行分析，觀測水化產物、水化程度等。

（2）從養(yǎng)護制度的經濟性和可行性方面進行考慮，以達到工程的使用要求為基礎，選取最優(yōu)的養(yǎng)護方式。

[1]張勝,周錫玲,謝友均,等.養(yǎng)護制度對活性粉未混凝土強度及微觀結構影響的研究[J].混凝土,2007,6(212):16-18.

[1]周錫玲,張勝,謝友均.養(yǎng)護制度對 RPC強度與干縮性能的影響[J].混凝土,2010,4(246):42-44.

[3]劉娟紅,王棟民.養(yǎng)護對礦物細粉活性粉末混凝土性能的影響[J].武漢理工大學學報,2009,31(7):100-103.