養護制度對超高性能混凝土拉壓強度與收縮性能影響研究

摘" 要：超高性能混凝土的早期拉壓強度與收縮性能對其耐久性和長期性能有直接影響。影響超高性能混凝土性能的因素包含配合比、材料、施工質量等，超高性能混凝土達到高性能的關鍵在于養護。通過實驗對比，研究不同養護溫濕度下超高性能混凝土拉壓強度的發展規律，并分析不同養護制度下超高性能混凝土的收縮性能。實驗結果表明：隨著養護溫濕度和時間的增加，超高性能混凝土的拉壓強度會隨之升高，并且，溫濕度越高，其強度增長幅度就越大；其收縮值隨著養護溫濕度升高而減小；養護溫度對拉壓強度和收縮值的影響大于濕度。

關鍵詞：超高性能混凝土" 抗壓強度" 抗拉強度" 收縮性能

Research on the Influence of Maintenance System on Tensile and Compressive Strength and Shrinkage Performance of Ultra-High "Performance Concrete Under Maintenance System

XIE Lin^*"" CHEN Ke"" ZHANG Liye ""WANG Bingjian

（Highway Science Research Institute of the Ministry of Transport， Beijing， 100080， China）

Abstract： The early tensile and compressive strength and shrinkage performance of ultra-high "performance concrete have a direct impact on its durability and long-term performance. Factors affecting the performance of ultra-high "performance concrete include mix proportion， material quality， construction quality， etc. However， Tthe key to achieving high performance of ultra-high performance concrete lies in curing. Through experimental comparison， it researches theBy comparing and studying the development law of tensile and compressive strength of ultra-high performance concrete under different curing temperatures and humidities， and analyzesing the shrinkage performance of ultra-high performance concrete under different curing regimes.， Tthe experimental results show that as the curing temperature， humidity， and time increase， its tensile and compressive strength of ultra-high performance concrete will also increase， and the higher the temperature and humidity， the greater the increase in strength growth rate;， while Tthe shrinkage value decreases with the increase of curing temperature and humidity. At the same time， the effect of curing temperature on tensile and compressive strength and shrinkage value is greater than that of humidity.

Key Wwords： Ultra-high "performance concrete; Compressive strength; Tensile strength; Shrinkage performance

超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，UHPC）因其超高強度^[1]、高韌性^[2]和優異的耐久性^[3]已經成為土木工程的研究熱點之一，尤其在公路橋梁加固維修領域已取得廣泛應用^[4-5]。養護制度對超高性能混凝土強度和收縮性能有著較大的影響。高原等人^[6]等人通過實驗發現，在85 ℃高溫蒸汽養護2 d后，UHPC抗壓強度分別是55 ℃養護2 d、20 ℃養護28 d的111%和128.2%；前期抗壓強度增長速率比后期大，并隨著養護時間增大而減小。過震文等人^[7]發現，當養護溫度為60 ℃、90 ℃時，相比于30℃時，UHPC抗壓強度分別提高了8.5%和2.4%；其抗拉強度變化趨勢和抗壓強度基本保持一致。闞黎黎等人^[8]通過實驗發現，不同養護溫度會導致UHPC抗拉初裂強度存在明顯差異，相比20 ℃常溫標準養護，60 ℃熱水養護可以使其提高20%以上；抗壓強度變化規律與抗拉強度并不完全一致，熱水養護對抗壓強度影響更為顯著。陳曦^[9]等人發現，隨著養護濕度的降低，UHPC的抗裂性能有所下降，更容易出現開裂。當養護濕度較大時，有利于降低混凝土的塑性收縮，同時又為水化反應提供充足的水分，均有利于提高混凝土的抗裂性能。程騰^[10]通過實驗發現，干燥收縮、標準養護熱水養護分別在14 d、12 d和9 d時收縮趨于穩定；在熱水養護下，UHPC整體收縮率最小；在干燥收縮條件下，UHPC整體收縮率最大。上述大多數研究是在標準或超高溫養護條件下進行，然而，在實際工程中很難滿足標準或高溫養護條件。因此，在已有研究基礎上，本文改進養護條件，使其更加符合現場的實際施工條件，以探究養護溫濕度對UHPC抗拉性能、抗壓性能和收縮性能的影響。

1 實驗

1.1 原材料

UHPC 基體原材料組成質量比：水泥∶ 硅灰∶ 砂∶ 水∶減水劑=1∶0.2∶1.2∶0.22∶0.006。其中，水泥選用 P·II 52.5 硅酸鹽水泥、比表面積為378 m²/kg，硅灰的比表面積為29 500 m²/kg，細集料選用最大粒徑為1.5 mm的天然河砂，水為自來水，減水劑選用減水率大于30%的液體高性能聚羧酸減水劑。

• 0.2 mm和13 mm，極限抗拉強度為2 800 MPa。

1.2 試件制備

• 2 min使材料混合均勻。其次，將減水劑倒入稱好的水中，充分攪拌使其混合均勻，然后緩慢倒入攪拌機中，再攪拌約6 min到漿體可流動狀態。最后，手動緩慢加入鋼纖維，繼續攪拌3～5 min，然后將拌和物澆注到實驗模具中，在振動臺上振動約15 s，之后立即用塑料薄膜包裹試件外層，防止內部水分揮發，置于標準實驗室中養護24 h后脫模。
• 100×100×100 mm的立方體試件。收縮實驗為100×100×515 mm立方體試件。抗拉實驗為狗骨狀試件，試件上、下兩端分別是100×100mm，中間均勻

1.3試件養護

• 6種不同養護制度：A1（溫度5 ℃，濕度40%）、A2（溫度20 ℃，濕度40%）、A3（溫度40 ℃，濕度40%），A4（溫度5 ℃，濕度95%）、A5（溫度20 ℃，濕度95%）、A6（溫度40 ℃，濕度95%）。
• 3 d、7 d和14 d，收縮性能實驗養護齡期為1～14 d。

1.4 實驗方法

（1）抗壓實驗采用200 t壓力機進行實驗，加載速率為1.4 MPa/s。

（2）抗拉實驗采用萬能實驗機進行單軸拉伸實驗。采用位移加載方式，在拉力沒有出現明顯變化前，用1 mm/s進行加載。當拉力出現明顯變化后，加載速率減小為0.5 mm/s。

（3）收縮實驗采用立式收縮儀進行實驗，下端是金屬托盤，上方是可調控高度和方向的塑料螺栓與高精度千分表，千分表精度為0.001 mm。

2 實驗結果

2.1 抗壓實驗結果

不同養護制度下，UHPC試件在3 d、7 d、14 d養護齡期的抗壓強度變化情況如圖2所示。由圖2可知，無論是5 ℃低溫養護、20 ℃標準養護還是40 ℃高溫養護，UHPC抗壓強度均隨養護時間和溫濕度的增加而增大。

• 2" 抗壓強度變化

通過表1可知，A2中，養護14 d強度達到最大為112.7 MPa；A3別中，養護14 d可以達到132.4 MPa，強度提高了約17.5%；A5與A6情況類似，說明溫度升高對UHPC早期抗壓強度提升有促進作用。A1與A2中，UHPC抗壓強度在各個養護時間段均低于A3，A4、A5和A6情況類似，說明低溫對UHPC早期抗壓強度有抑制作用。

分析實驗結果，可知出現上述現象是由于與20 ℃和5 ℃相比，40 ℃高溫條件下能夠加速水泥水化過程，生成更多的C-H-S凝膠水化產物，大量的水化產物填充了基體內部空隙，使基體結構變得更加的致密^[11]，進而提升了UHPC抗壓強度。同時，由于水泥前期水化過程需要大量游離水參與，如果早期養護濕度低于試件內部，則會使內部水分向環境中擴散，從而極大地少了內部水分，進而抑制了水泥水化過程，使水泥強度緩慢發展，最終使UHPC抗壓強度減小。

2.2 抗拉實驗結果

通過圖3可知，UHPC的抗拉強度發展因早期養護方式不同而存在明顯差異，但就整體而言，隨著養護溫濕度與時間的增加，不同養護制度下，UHPC早期抗拉強度均有所提升。

將A5養護14 d值作為基準值進行換算，如表4所示，在養護3 d時，抗拉強度相對值均小于85%；養護7 d時，除了A1小于85%外，其余組的抗拉強度相對值均大于85%，其中A6接近100%；當養護14 d時，抗拉強度相對值均超過90%，其中A6為103%。以上結果說明高溫對抗拉強度有促進效果，但是提升幅度較小；低溫則對抗拉強度發展有抑制作用。且在任意養護時間段，A2抗拉強度相對值均小于A5，A1與A4、A3與A6均有類似現象，說明高濕度對UHPC早期抗拉強度發展有促進作用。

2.3 收縮實驗結果

由圖4可知，在不同養護制度下，A1～A6均前3 d收縮發展較快，之后發展速率有所降低。由圖4（a）可知，A3養護14 d時總收縮約為0.048 mm，A6養護14 d時的收縮量為0.032 mm，14 d時二者收縮量均較小，且相較于A3，A6收縮量減少了約50.0%。由圖4（b）可知，A5前3 d收縮量為0.045 mm，養護14 d總收縮量為0.063 mm，約占14 d總收縮量的71.4%；A2前3 d收縮量為0.175 mm，養護14 d總收縮量為0.252 mm，約占14 d總收縮量的69.4%，由此可見，養護14 d時，A2和A5總收縮量相差較大。由圖4（c）可知，養護14 d時，A1與上述結果表明，早期UHPC收縮大多發生在前3 d，并且隨著養護濕度升高，收縮值將會減小。分析實驗結果，可知出現上述現象的原因有以下兩方面。一方面是因為溫度升高有利于水泥早期強度的發展，抵消了一部分由濕度引起的自收縮影響，縮小了強度發展之間的差距，從而減小了二者收縮量的差異。另一方面是由于UHPC自身水膠比較低，而早期UHPC強度發展需要大量游離水參與，當養護濕度較低時，不能提供大量的游離水，因此會抑制強度發展過程，使UHPC早期彈性模量較小，抵抗變形能力較弱^[12]，也增

3 結語

UHPC早期抗壓強度與抗拉強度均隨養護時間、溫度和濕度的增加而增大。無論是何種養護，UHPC早期收縮值均隨著養護時間的增加而增大，均在前3 d增長速率最大，并且高溫高濕對UHPC收縮有明顯抑制作用，能夠減小早期收縮值。

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