养生方式对水泥混凝土强度发展时变规律的影响

张德文，李 俊

（1.海南省公路勘察设计院，海南 海口570206；2.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南 长沙410114；3.长安大学公路学院，陕西 西安710064）

0 引言

水泥混凝土在浇筑成型后，其强度发展与原材料、其水化期间所处的温度、湿度以及混凝土的龄期密切相关。在原材料与施工工艺一定的情况下，混凝土的强度发展主要由其水化期间所处的温度、湿度决定。一般将混凝土从浇筑完成到水化进程基本结束这一时期称为早期，包括潜伏期、激烈水化期，直到水泥混凝土温度场与环境温度达到一致，混凝土水化进程开始进入缓慢水化期，如图1所示。

图1 水泥混凝土水化时期划分

混凝土强度发展规律的成熟度理论表明，混凝土的强度增长速率是一个与温度、湿度、时间有关的函数，因此本文重点分析不同温度、不同湿度的养生条件下，不同龄期水泥混凝土强度发展的时变规律。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）水泥：冀东P.O 42.5，标准稠度用水量26.7%，细度2.1。

（2）细集料：洁净河砂，细度模数2.6。

（3）粗集料：级配碎石，粒径分别为4.75～9.5mm、9.5～19mm。

（4）水：普通自来水。

（5）外加剂：聚羧酸高效减水剂。

以上几种原材料技术指标均满足《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30—2003）要求。

1.2 试验方法

1.2.1 水泥混凝土配合比

本文所用的水泥混凝土设计强度为C35，为了满足工作性的要求，混凝土中掺入了高效减水剂。混凝土的配合比设计如表1所示。

表1 混凝土配合比

1.2.2 养生方式

（1）不同温度养生方式

本文采用在混凝土表面覆盖不同遮盖物的方式来控制混凝土内部的温度场，以此研究不同温度场下混凝土强度发展的时变规律。试验所用试件尺寸均为150×150×150mm3。养生方式选用5种，分别为：标准养生、自然养生、塑料薄膜养生、白色土工布养生和黑色土工布养生，厚度均为6 丝。除标准养生外，其余4 种养生方式均置于室外自然条件下，适时抽样测定水泥混凝土试件板体温度，并按时洒同量的水，保证相同的湿度条件。待养生1d、3d、7d、14d、21d、28d后，分别进行抗压强度试验，测定试件的抗压强度。

（2）不同湿度养生方式

本文采用将试件始终同时置于室内的方式，保证试件处于相同的温度场，并采用麻布覆盖、洒水养生的方式，通过洒水养生时间的长短来控制混凝土内部的湿度场，以此研究不同湿度场下混凝土强度发展的时变规律。试验所用试件尺寸均为150×150×150mm3。选用以下3种养生方式：

①室内自然养生：将混凝土试件置于室内，待养生7d、14d、21d、28d 后，进行抗压强度试验，测定试件的抗压强度；

②洒水3d+室内自然养生：先将混凝土试件洒水养生3d，然后取出，置于室内继续养生，待养生7d、14d、21d、28d后，进行抗压强度试验，测定试件的抗压强度；

③洒水7d+室内自然养生：先将混凝土试件洒水养生7d，然后取出，置于室内继续养生，待养生7d、14d、21d、28d后，进行抗压强度试验，测定试件的抗压强度。

2 试验结果与分析

2.1 不同覆盖物养生试验

水泥混凝土试件在不同覆盖物条件下的抗压强度试验结果如表2所示。

表2 不同覆盖物条件下混凝土的抗压强度

绘制不同覆盖物条件下混凝土抗压强度随龄期的增长曲线，如图2所示。由图中可以看出，混凝土的抗压强度在前7d 迅速增长，并且不同的养生方式表现出较为明显的差异，其中自然养生增长最快，塑料薄膜养生与白色土工布养生次之，黑色土工布抗压强度增长最慢。7d 后，混凝土抗压强度发展表现出两种类型：一种类型是抗压强度发展趋于稳定，其养生方式主要是标准养生和自然养生；第二种类型则是抗压强度仍持续增长，其养生方式为塑料薄膜养生、白色土工布与黑色土工布养生。可见，5种养生方式中，自然养生表现出早期强度高，而后期强度发展平缓并低于其他养生方式的特点，白色土工布和黑色土工布养生，虽然前期强度较低，但7d 后强度继续发展，表现出后来居上的特点。

图2 不同覆盖物下混凝土抗压强度时变曲线

本文在试验过程中对不同温度条件下水泥混凝土板体温度进行不同时段抽样测量，并选取混凝土处于激烈水化期的第7d 的温度分布，对混凝土强度发展时变规律进行分析。不同覆盖物条件下板体平均温度如表3所示。

表3 不同覆盖物条件下板体温度测量值（单位：℃）

由表3 可知，不同覆盖物在同样的环境条件下，由于热交换方面的差异性，对混凝土板体表现出不同程度的影响，以第7d 为例，塑料薄膜养生平均温度最高，而白色土工布养生平均温度最低，其他养生方式次之。因此，不同的养生方式通过影响水泥混凝土水化进程中板体的温度场，进而影响混凝土强度发展。

2.2 不同洒水条件养生试验

水泥混凝土试件在不同洒水条件下的抗压强度试验结果如表4所示。

表4 不同洒水条件下混凝土抗压强度（单位：MPa）

绘制不同洒水条件下混凝土抗压强度随龄期的增长曲线，如图3所示。

图3 不同洒水条件下混凝土抗压强度时变曲线

由图3可以看出，直接置于室内自然养生的混凝土试件，其抗压强度发展较为缓慢，而洒水养生之后再置于室内自然养生的混凝土试件的抗压强度要远大于直接置于室内自然养生的混凝土，其中洒水7d的混凝土抗压强度要大于洒水3d的混凝土。这是由于，混凝土早期强度发展阶段水化反应需要大量的水分，自然养生的混凝土由于缺少水化反应所需的水分，水化进程缓慢，混凝土强度发展也相对滞后。而洒水养生的混凝土，一方面洒水养生提供了混凝土水化反应所需的水分，为强度发展提供了保证；另一方面，洒水养生可以减少由于混凝土试件内外湿度不同所造成的梯度应力，防止混凝土早期微裂缝的产生；同时，由于洒水养生提高了混凝土整体结构的密实性，降低了混凝土暴露于空气时内部水分向外传输的能力，这就使得洒水养生后的混凝土试件的强度发展要大于直接置于空气中自然养生的混凝土试件。此外，洒水时间越长，混凝土水化进程以及整体密实性就越能得到保证，混凝土的强度发展也就越大。

因此，在混凝土强度发展早期及时提供一定湿度的养生措施，对混凝土强度发展有着极其重要的作用。

3 结语

（1）在不同覆盖物养生条件下，混凝土板体呈现不同的温度场，致使混凝土早期强度发展表现出明显的差异，7d 前这种差异呈扩大化的趋势；7d 后混凝土的强度发展则趋于平缓和持续增长两种状态。

（2）不同湿度养生条件下，洒水养生之后的混凝土试件强度发展要大于直接自然养生的混凝土，且洒水时间越长，这种差异就越明显。

（3）在混凝土强度发展早期，及时采取养生措施，保证混凝土水化进程中温度与湿度条件，对混凝土强度发展具有重要的意义。

[1] 申东. 水泥混凝土强度的影响因素分析[J]. 交通标准化，2010（7）：227-229.

[2] 邓铁军，罗杰，唐菁，等.有标准差要求的混凝土抗压强度质量控制与评定方法的研究及其运用[J].中南公路工程，2005（12）：178-181.

[3] 王昌衡，李珍玉，李志丰.水泥混凝土不同强度之间的关系[J].中南公路工程，2005（6）：37-44.

[4] 韩建国，胡益彰，阎培渝.混凝土在不同湿度条件下强度发展历程研究[J].特种混凝土与沥青混凝土新技术及工程应用，2012（8）：82-87.

[5] 张涛，兰英静，王楠.不同养护方式的混凝土强度发展规律探讨[J].铁道建筑，2013（9）：131-133.

[6] 权磊.不同养生方式对水泥混凝土板早期温度场和强度发展的影响分析[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

[7] 常全才，李庆春，刘文玮.混凝土早期养护对其抗压强度的影响[J].建筑设计管理，2010（1）：66-68.

[8] 林勇.早期预测混凝土强度的理论分析和试验研究[D].天津：天津大学，2008.

[9] 张子明，周红军，赵吉坤.温度对混凝土强度的影响[J].河海大学学报：自然科学版，2004（11）：674-679.

[10] 王楠.养护方式对水泥胶砂及混凝土强度影响试验研究[D].包头：内蒙古科技大学，2012.