PC構件蒸養制度的建立與優化

劉洋 袁繼東 高名揚 王靖鑫

【摘要】在預制構件生產過程中，提高預制構件的早期強度能縮短脫模周期，提高模具周轉率和生產效率，文章對C30混凝土在不同的蒸養條件下，混凝土強度受不同的溫度隨時間變化的影響程度，根據檢測不同條件下的混凝土強度指標以及混凝土表觀質量，分析并確定適合C30混凝土蒸養參數。

【關鍵詞】預制構件; 混凝土; 蒸養參數; 早期強度

【中國分類號】

TU755.7【文獻標志碼】A

伴隨著我國經濟實力的提升和城鎮化建設的日益加快，建筑工業化產業迅速發展，裝配式預制構件廣泛應用于各建筑領域。在裝配式預制構件的生產中，由于鋼模具的制作成本較高，生產企業難以大量持有，從而通過提高混凝土的早期強度、將預制構件的拆模時間提前、加快模具的周轉速率、降低模具的分攤成本成為很多預制構件生產企業提高效益的關鍵[1]。本文根據現有原材料，通過正交試驗選擇合適的水膠比，砂率以及礦物摻合料用量，從而使混凝土配合比得以優化。通過檢測不同蒸養條件混凝土各齡期的抗壓強度，分析比較確定合理的蒸養制度。

1 實驗

1.1 混凝土原材料及配合比的選擇與確定

混凝土原材料宜選擇固定生產廠地，確保材料穩定性，不宜隨意變動。采用的原材料包括水泥（C）、粉煤灰（FA）、粗細骨料、高效減水劑等。水泥選用P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥（表1），FA為Ⅱ級粉煤灰，需水量98 %，28 d活性指數78 %。減水劑為某減水劑母料廠生產供的聚羧酸高性能減水劑，減水率為26 %，細集料為普通河砂，細度模數Mx=2.6，含泥量5.9 %。粗集料為卵碎石，粒徑為5～26.5 mm，壓碎指標9.5 %。

1.2 試件的成型和養護方案

根據表2的基準配合比，采用HJW-60單臥軸強制式混凝土攪拌機進行攪拌，攪拌時間3 min，測試坍落度后振動成型，坍落度控制（160±20） mm，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，隨后室溫25 ℃下靜養，然后放入蒸養室內，升溫（升溫速度15～20 ℃/h），（60±5） ℃恒溫，降溫，各階段時間由試驗確定。隨后蒸養結束后拆模，檢測拆模強度和標準養護下的3 d、7 d、28 d強度。

1.3 試驗方法

按照GB/T50081-2016《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測定混凝土的抗壓強度。

1.4 正交試驗設計

根據蒸養工藝的特點，探究水膠比、砂率、礦物摻合料對混凝土強度的影響，分別記做A、B、C。制備了三因素三水平的正交試驗表。因素水平表見表3。

本試驗為三水平三因素，常用正交試驗表為三水平四因素，我們保持用水量不變，選用L9（34）正交試驗表得出試驗表得出以下試驗（表4、表5）。

試驗結果分析：利用極差分析法對上述結果進行分析。

由表5可得出：A1是A因素的最優解，B2是B因素的最優解，C1是C因素的最優解，得出的最優組合是水膠比0.39，砂率38 %，礦物摻合料10 %。影響因素A>C>B，即

水膠比對蒸養混凝土強度影響最大，礦物摻合料摻量次之，砂率影響較小。最終C30優化配比見表6。

2 蒸養制度的建立

蒸養制度分為靜停階段—升溫階段—恒溫階段—降溫階段。蒸養制度是在混凝土構件澆筑完畢后，在高溫、高濕的蒸氣作用下，使構件快凝、早強，達到脫模和放張要求，縮短模具周轉、混凝土養護時間，從而提高模板、臺座周轉率，加快構件預制速度的一種有效的施工工藝。

2.1 靜停階段對強度的影響

靜停階段又稱預養階段。此階段指的是混凝土構件澆筑成型后至正式供給蒸汽前在常溫下靜養的時間。靜養為2～3 h，靜養時間的養護溫度為20～25 ℃。這一階段主要是使混凝土中水泥有一個比較充裕的水化時間，使混凝土形成一定的結構強度，以抵抗蒸汽的熱脹作用，避免蒸汽養護時在構件表面出現裂縫和疏松現象。試驗試塊預養時間分別采用1 h、1.5 h、2 h，升溫2 h，60 ℃恒溫8 h，降溫2 h，蒸養養護后立即脫模，測脫模強度，之后測在標準養護室3 d、7 d、28 d強度，相關數據見表7、圖1。

由圖1可以看出，隨著預養時間的延長混凝土前期的抗壓強度逐漸升高，后期強度增幅不大，2 h的預養時間混凝土強度增長最好，1 h和1.5 h下混凝土脫模強度較低，原因是1 h和1.5 h預養時間下混凝土處于塑性狀態，尚不具有足夠強度抵抗蒸養狀態下水和汽的熱脹作用，破壞內部結構，使得內部孔隙增加，影響密實度，導致強度降低。由強度發展可看出蒸養條件下混凝土靜養時間宜大于2 h。

2.2 升溫階段對強度的影響

升溫階段是通入蒸汽達到恒溫溫度的時間。通過不同的升溫速率30 ℃/h、15 ℃/h、10 ℃/h達到（60±5） ℃，測定不同升溫速率和時間下，混凝土脫模強度、3 d、7 d、28 d強度，相關數據見表8、圖2。

由圖2中數據可得升溫速率提高加速了水泥水化過程，30 ℃/h脫模強度和3 d、7 d抗壓強度均高于15 ℃/h和10 ℃/h，后期強度15 ℃/h和10 ℃/h強度高于30 ℃/h，較高的升溫速度能促進水泥和礦物摻合料的水化反應，促進強度的發展，但同時也會加劇汽水的熱脹作用，影響混凝土后期強度。因此升溫速度不能太快，綜合考慮升溫速率15 ℃/h，升溫時間宜選于2 h。

2.3 恒溫階段對強度的影響

恒溫階段是混凝土經過升溫后，維持定溫的一段蒸養時間，恒溫時間長短很重要，根據其他條件不變的，維持恒溫7 h、8 h、9 h，測定混凝土試件脫模、3 d、7 d、28 d抗壓強度，試驗數據見表9、圖3。

由圖3可得到以下結論：在恒溫階段，恒溫時間越長，前期混凝土脫模強度越高，后期強度增長較緩，但恒溫時間越長并不一定增強混凝土強度，與內部混凝土水化過程有關，8 h恒溫養護條件下7 d和28 d強度增長比7 h和9 h養護時間下增長3.5 %和6.4 %。因蒸養養護恒溫階段宜選擇8 h。

2.4 降溫階段對強度的影響

降溫階段是指是停止供氣到揭開養護覆蓋物的階段。在降溫過程中，降溫梯度是關鍵，降溫梯度不能太大，降溫劇烈將使混凝土表面產生“裂縫”，降溫溫差不宜超過25 ℃/h，試驗試塊經過預養2 h、升溫2 h，恒溫8 h后，分別經過0.5 h、1 h、2 h降溫，測定不同降溫時間下試塊的抗壓強度，結果見表10、圖4。

由圖4可得結論：降溫對混凝土強度的影響隨著降溫時間的延長，混凝土強度逐漸增大，在0.5 h降溫強度發展較差，驟然降溫導致混凝土內外溫差較大，容易產生溫度裂縫，因此降溫時間宜適當延長，在不同的降溫時間中2 h降溫強度發展較好，從考慮強度發展規律降溫時間宜選擇2 h，由此可得各階段的蒸養時間見圖5。

3 結論

（1）通過正交試驗對C30混凝土配合比的優化得出的最優組合是水膠比0.39，砂率38 %，礦物摻合料10 %。在蒸養制度下各個因素的排序是：水膠比對混凝土強度影響最大，礦物摻合料次之，砂率影響因素較小。

（2）通過對各階段的時間控制得到合適的蒸養制度是：靜停2 h，升溫2 h，（60±5） ℃下恒溫8 h，降溫2 h，所得的混凝土脫模強度和前后期強度發展較好。

參考文獻

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