不同养护方法对高强粉末混凝土性能影响

叶林法，钟建锋，何涛

（广东省长大公路工程有限公司，广州 510000）

目前国内外被广泛研究的活性粉末混凝土其抗压强度最高可达到 800MPa，由于原料昂贵，制备工艺复杂，难以大规模运用于土木工程中。如何通过配合比的调整及养护制度的简化，使超高强混凝土的制备技术更加通用，是影响其推广应用的一个重要问题。但研究工作集中在高效减水剂与硅灰等高活性掺合料复合[1]，降低水胶比，提高基体硬化密实度，同时掺加钢纤维提高抗弯拉强度，获得所需的高强度、高韧性和延性等方面，而对试件养护工艺等方面关注较少，缺乏养护制度对混凝土超高强化机理的系统研究[2]。本文主要研究不同的养护制度对 150MPa 超高强混凝土性能的影响。

1 试验原材料及试验方法

1.1 试验原材料

（1）水泥：某公司生产的 P·O52.5 水泥，其基本性能见表1，化学成分见表 2。

（2）混合材：采用某品牌 S95 级高炉矿渣粉，某公司生产的 96 号硅灰，化学成分见表 2。

（3）石英砂：试验用石英砂，具体筛分结果见表 3。

（4）其它：长度在 12mm 左右，直径为 0.2mm 左右的冷拔钢丝切断型镀铜钢纤维；试验室自行复配高效聚羧酸系减水剂，减水率 25%，含气量 3%。

表1 水泥基本物理性能

表2 胶凝材料化学成分 wt%

表3 石英砂筛分结果 wt%

1.2 试验方法

抗压抗折强度按 JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》中的 T0553-2005 方法进行测试。高强粉末混凝土蒸汽养护采用混凝土快速养护箱（温控范围：20℃～100℃；温控精度：±2℃）养护，试验过程中将试块放入快速养护箱，12h 内升温至 80℃ 恒温养护。X 射线衍射分析所使用仪器型号为 D/Max-RB，扫描电子显微镜仪器型号JSM-5610LV，放大倍数范围从 15 倍到 300000 倍。本次试验属于二次电子成像。

2 试验结果

2.1 不同养护工艺对强度影响

为了研究不同养护工艺对超高强混凝土强度的影响，所采取的配合比[3-5]见表 4。在表 4 的基础上再掺加总体积 1.5%的钢纤维，减水剂为试验室自行复配高效聚羧酸减水剂，掺量为 0.8%。

表4 超高强混凝土配合比

按照试验设计的配合比，采用 8 种不同的养护方法得出的试验结果如图 1 所示，图 1 中养护方法分别为：LTYH：露天养护，BMYH：露天薄膜养护，BZYH：标准养护，SYYH：20℃ 水浴养护，ZQLTYH：蒸汽养护 3d 后露天养护，ZQBMYH：蒸汽养护 3d 后露天薄膜养护，ZQSYYH：蒸汽养护 3d 后 20℃ 水浴养护，ZQBZYH：蒸汽养护 3d 后标准养护。

由图 1 可以明显看出，在不同龄期下，在其它条件相同时，蒸养处理后的强度值明显高于未进行蒸养处理试件的强度值，标准养护与 20℃ 水浴养护试件条件强度值大于露天养护及露天薄膜养护强度值。在满足工程质量的前提下，从造价与工期可以看出，蒸汽养护是一种非常有效的手段。

从图 1 中还可以看出，相比于标准养护条件与 20℃ 水浴养护，露天养护的后期强度增长率明显小于标准养护条件下。虽然标准养护与 20℃ 水浴养护较露天养护条件下试件强度值要偏高，但是作为工程现场实际条件，在不影响工程质量的前提下，露天养护可以大大减少工序与成本。

图1 不同养护工艺对超高强混凝土强度的影响

2.2 蒸养时间对强度影响

通过 2.1 中的试验结果可以清晰的看出，在节约工期，满足强度要求的条件下，蒸汽养护是最为有效的一种工序。为了探索养护龄期对强度发展的影响规律，本文研究了 1d、2d、3d 和 4d 四种蒸养时间下试件强度发展情况，试验配合比与表 4 相同，具体试验结果如图 2 所示。

图2 不同蒸养时间对 150MPa 超高强混凝土强度影响

从试验结果可以看出，在 4d 龄期以内，试件强度随蒸汽养护龄期的延长而增大。3d 龄期以内，试件强度值增长率较大，2d、3d、4d 蒸养龄期与其对应的前一天蒸养相比，抗压强度值分别增长 13MPa、11MPa、1MPa；可见蒸养到 3d 龄期后，混凝土的强度增长值很小，为了节约成本与提高工作效率，在蒸养制度条件下，蒸养时间超过 3d 龄期意义不大。

2.3 蒸养时间对水化进程影响

图3 是标养 28d 与蒸养 1d 和 3d 的 XRD 图谱。由图 3 中根据 C3S 判断，说明水泥都未完全水化，从XRD 峰值可以得出蒸养 3d 条件下水泥水化程度最大，标养 28d 的水泥水化程度最低。由图 3 可以看出，Ca(OH)2特征峰大量存在，峰强最弱为蒸汽养护 3d 龄期，这说明蒸养 3d时的 Ca(OH)2含量最少，标养 28d 时的 Ca(OH)2含量最多，但是 28d 标养试件水泥水化程度最低，可见蒸养能够加速火山灰反应，消耗了大量的 Ca(OH)2。

为了进一步观察蒸养对水化产物形貌的影响，本文对不同养护工艺下试件制样进行了放大 10000 倍扫描电镜观察（图 4），可以清晰的看到，不同的养护制度对胶材的水化形貌影响较大，通过 3d 的蒸汽养护，水泥石的结构非常致密，水化产物之间相互嵌接，而蒸养 1d 以及标准养护 28d 试样致密程度远不及蒸养 3d，其中标准养护 28d 致密度最差。

图3 不同养护工艺 XRD 图谱

图4 不同养护工艺SEM扫描图

3 结论

（1）通过 8 种不同养护方法对比，蒸汽养护条件下高强活性粉末混凝土强度可达到 150MPa。与蒸汽养护相比，标准养护及水浴养护相对于露天养护对高强活性粉末混凝土强度值影响较小。

（2）针对蒸汽养护条件，通过 4 种不同龄期试验结果得出，3d 后蒸养环境对高强活性粉末混凝土强度值增长影响很小。

（3）通过微观分析，蒸汽养护条件下能够加速硅灰与矿粉的火山灰反应，消耗水泥水化产物 Ca(OH)2，通过二次反应能够使高强活性粉末混凝土结构更加致密，强度值发挥龄期短，可以明显缩短工程工期，提高工程效率。

[1]何峰，黄政宇. 硅灰和石英粉对活性粉末混凝土抗压强度贡献的分析[J]. 混凝土，2006 (1): 39-42.

[2]焦楚杰，周云等. 超高强高性能混凝土配合比设计方法[J].广州大学学报，2009(4): 78-82.

[3]蒲心诚. 超高强高性能混凝土[M]. 重庆：重庆大学出版社，2004.

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[5]蒲心诚，王冲等. C100～C150超高强高性能混凝土的强度及变形性能研究[J]. 混凝土，2002(10): 3-8.

[6]M. Cheyrezy, V. Maret, L. Frouin. Microstructural Analysis of RPC (Reactive Powder Concrete)[J]. Cement and Concrete Research, 1995, 25(7): 1491-1500.