養護對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、開裂等宏觀破壞現象，影響工程結構的正常使用。因此，需要對養護制度與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護制度包括：濕熱養護（熱水養護和蒸汽養護）、高壓養護與干熱養護；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。Yang等對比了90□C熱水養護和20□C水養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護時均有所提升，但同時文獻也指出采用蒸汽養護的試件后期強度會出現不同程度的倒縮。Saly等研究發現3d蒸汽養護和干熱養護的UHPC力學性能，與90d標養后的數值接近；由于蒸汽養護對混凝土內部濕度的損失有補償作用，使得在該種養護制度下UHPC的抗壓強度和斷裂能均高于干熱養護。此外，Yaz?c等對比研究了標養、蒸汽和高壓養護方式對RPC力學性能的影響指出：高壓和蒸汽養護加速了水泥的水化進程，可使RPC的抗壓強度分別比標養時提高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，干熱養護后的UHPC并不具備很好地抗氯離子滲透的能力，但蒸汽養護可以加速水化，使UHPC微觀結構更加致密，抗氯離子滲透能力較標準養護大大增強；而在抗凍融循環方面，與標養相比，蒸汽養護和干熱養護均未見明顯優勢。Cwirzen等則指出在凍融循環和除冰鹽共同作用下，經過90□C蒸養后的UHPC結構損傷嚴重，抗鹽凍性能明顯低于自然養護。關于熱處理對UHPC拉伸和壓縮蠕變的影響。此外，有研究發現90□C蒸汽養護的RPC干縮性能優于標準養護和60□C蒸養。

考慮到熱處理的養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護的溫度和持續時間，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以上持續養護48h時，石英的火山灰效應活躍發生。

如前所述，養護起始和持續時間、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，并以非蒸發水量評估水泥的水化程度，就養護的起始和持續時間對UHPC微觀結構的影響進行了探討：較長的熱養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護會使得水化程度有所下降；同時熱養護后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分析發現：UHPC水泥水化產物的類型隨養護溫度發生變化，100□C時水化產物中未見特殊晶體出現，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蒸養再150□C干熱養護后，水泥用量少、水膠比較高的RPC水化產物進行了觀測發現，CSH凝膠變得致密而連續，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，有研究發現高壓養護也有類似的效果。

3 結論與展望

適宜的養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。一定的熱養護可以加速水泥水化反應的進程和火山灰效應的發揮，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，熱養護的起始和持續時間、壓力等也是影響UHPC性能的重要因素。但目前的研究多數集中在不含粗骨料的RPC上，且高溫、高壓的養護方式在給經濟上帶來負擔的同時，也會給現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，選取最優的養護方式。

[1]張勝,周錫玲,謝友均,等.養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.