养护方式对混凝土强度和渗透性的影响

周昕，罗时勇，庞超明，秦鸿根

（1.江苏城市职业学院建筑工程学院，江苏南京210013；2.东南大学材料科学与工程学院江苏省土木工程材料重点实验室，江苏南京211189）

养护方式对混凝土强度和渗透性的影响

周昕1，罗时勇2，庞超明2，秦鸿根2

（1.江苏城市职业学院建筑工程学院，江苏南京210013；2.东南大学材料科学与工程学院江苏省土木工程材料重点实验室，江苏南京211189）

模拟不同现场施工条件及环境，设计了覆盖薄膜养护、浇水养护、低温养护几种不同的养护方式，来探索不同养护制度下混凝土的强度发展及渗透性的变化规律．结果表明，养护制度对C50混凝土28 d强度的影响显著低于C30．浇水养护7 d后，继续延长浇水时间，对强度的影响不大，但对渗透性的影响较大．低温养护下后期强度有一定的强度损失，但仍可以继续发展．随着浇水养护时间的延长，混凝土的抗渗性提高．

混凝土；覆膜养护；浇水养护；低温养护；强度；渗透性

0 引言

养护是混凝土施工工序中十分重要的环节，良好的养护制度是保证混凝土耐久性、控制早期裂缝、提高制品的表观渗透性等最有效和最经济的途径．决定养护工艺的3个要素是：养护温度、湿度、养护时间．它们不仅影响混凝土强度的发展，而且影响着混凝土的耐久性，特别是影响着表面层混凝土的性能[1]，产生因养护不当导致的工程质量问题．一般来说，高温加速了混凝土的水化过程，养护温度越高，强度发展越快．但并不是温度越高对强度的发展越有利，早期的过高温养护会对混凝土后期强度的发展产生不利影响[2]．水泥水化过程中，导致内部水分趋向迁移到与环境接触的混凝土表面的低压区，从而导致早期的湿度散失．混凝土湿度越高，水分迁移越快，蒸发速率增加．过快的蒸发会导致空隙内的湿度低于饱和水平之下，从而阻碍水泥的水化[3]．Spear[4]认为，当混凝土内部相对湿度RH小于80％时，水泥水化停止．新浇注混凝土中的水分散失首先是从表面的泌水开始，当表面水完全蒸发后，通过毛细行为迁移到混凝土表面的水开始蒸发．如果水分蒸发速率大于通过毛细行为迁移到混凝土表面的速率，混凝土就会出现塑性收缩和裂缝．试验表明，水分在混凝土浇注后的最初24 h损失最大[5]，因此早期的保湿养护对于混凝土来说至关重要．

公路桥涵施工技术规范指出，对新浇筑混凝土的养护，应根据施工对象、环境条件、水泥品种、外加剂或掺和料以及混凝土性能等因素，制定具体的养护的方案．针对徐州东三环高架工程施工现场的需要，研究了在不同早期养护方式对混凝土性能的影响，尤其是对混凝土强度和表面性能的影响，其中表面性能用氯离子渗透和气体渗透性能来分析，从而为混凝土的现场施工提供技术参考．

1 原材料与配合比

水泥采用中联P O42.5普通硅酸盐水泥，永腾Ⅰ级粉煤灰，中诚S95矿渣微粉，细度模数Mx=2.5的中砂，安徽萧县5～20mm连续级配碎石，外加剂为浙江五龙ZWL-A-IX聚羧酸高效减水剂，减水率27％，掺量1.3％．

研究采用现场用典型C50配合比市场上最常用的C30配合比，其中C50混凝土控制胶凝材料总量500kg/m3，粉煤灰和矿渣微粉掺量各为10％．而C30混凝土，取粉煤灰掺量20％．实验所用C30、C50混凝土配合比如表1所示．

表1 混凝土配合比Tab.1 M ixture proportion of concrete

按上述两个配合比，于2013年4月进行混凝土的制备与成型，测得新拌混凝土的性能如表2所示．C30组混凝土的坍落度略低，目测其粘聚性和保水性较好，C50组流动性较大，目测保水性略低于C30混凝土，1 h后坍落度损失低，新拌性能较好．

表2 新拌混凝土的性能Tab.2 Propertiesof fresh concrete

2 养护制度的确定

试件成型后，模拟施工现场的洒水养护或腹膜养护，采用洒水养护4 d、7 d、10 d或14 d后置于自然环境中、或薄膜覆盖养护10 d后自然养护、薄膜覆盖养护10 d后低温（约1℃）养护，同时对比标准养护（温度为20±2℃，相对湿度＞95％）．覆膜养护7 d后，再低温养护，目的是模拟冬季施工情况．各种养护条件的编号如表3所示．

表3 混凝土养护制度Tab.3 Curing conditionsof concrete

浇水养护为每天早上9点、中午12点和下午5点左右分别浇1次水，每天浇3次水．自然养护的条件以查询气象资料的结果为准，南京市2013年4月到7月的的气象资料如表4所示．

表4 自然养护的气候条件Tab.4 Climate in nature curing environment

3 养护制度对混凝土强度的影响

混凝土浇筑后在室温下养护1 d后拆模，然后采取不同的养护制度，测得不同养护条件下C30、C50混凝土在不同龄期的强度如图1所示．

图1 混凝土在不同养护制度下不同龄期的强度Fig.1 Compressivestrength of concreteatdifferentage in differentcuring condition

强度测试时，各组C30混凝土离散性较小，同组内数据非常接近．而C50混凝土离散性较大，同组内数据相差较大，多组数据都出现一个数据偏差超过15％的情况，且部分后期强度数据甚至略低于龄期稍早时的强度这主要是由于其流动性较大，导致试件成型对混凝土性能的影响很大，部分试件强度相差甚至达10MPa左右，达到试件强度的20％左右，同时还测试了大量与强度对应的回弹数据，也发现了C50混凝土数据的离散性，说明混凝土本身的均匀程度偏低．

经4 d预养后的养护制度对C50混凝土28 d强度的的影响显著低于C30，可能是由于经过带模养护1 d加浇水4 d的预养之后，水化程度已经较高，表面结构已较为致密，水分的蒸发显著降低．对比C30混凝土在浇水养护和标准养护制度下在28 d、56 d和90 d的强度可以看出，仅浇水养护4 d对C30混凝土28 d强度影响很大，但对56 d之后影响不大．而对C50混凝土，除低温外，带模养护1 d加浇水养护4 d后的养护影响较低．与标准养护28 d强度相比，C30混凝土浇水养护4 d强度低10MPa，龄期增长到56 d，除浇水养护4 d外，其他各组养护均已与标准养护相当．C50混凝土覆膜养护的效果略高于浇水养护，采用浇水养护7 d或覆膜养护7 d其养护强度仅略低于标准养护强度．

冬季混凝土即使有一段正常温度的预养期，后期强度虽然会有一定程度的强度损失．C50低温养护后强度损失较C30大，这是因为水胶比越低，温度对混凝土抗压强度的影响越大[6]．但值得注意的是，与浇水或薄膜养护后不同，其后期的强度仍有较大幅度的增长，且C50组后期强度增加更为显著，可能和矿物掺合料中的粉煤灰有关．刘丽娜等[7]的研究也有相似的结论，掺入粉煤灰的混凝土在低温下养护60 d后强度仍有较大发展，且水胶比降低增长幅度加大．覆膜养护7 d后低温养护C30混凝土的28 d的强度仅相当于7 d标准养护强度（31 MPa），C30、C50混凝土的28 d强度仅分别为标养的60％和58％，90 d龄期仍然略低于其他养护的28 d强度，分别仅为标养28 d强度的84.7％和73.5％．根据JGJ/T104-2011建筑工程冬期施工规程，其28 d等效龄期De=T×t=11.9 d，可以看出仅相当于标准养护11.9 d龄期的强度；使用用Nurse-Saul方程[8-9]：表示成熟度可得出在低温（1～2℃）养护下的28 d的成熟度仅相当于标养温度下的55％；而Freiesleben Hansen等[10]考虑了温度对水化速率的影响后，提出了基于Arrhenius方程的等效龄期新方法：仅相当于标养时8.69 d的强度．

总体而言，抗压强度的发展与环境温度、湿度密切相关，即使自然环境的温度，浇水养护7 d是有必要的．在早期通过抗压强度指标可以判断养护制度的差异，用于评价混凝土的养护效率是可行的，但随着龄期的延长，用强度判断养护质量的好坏的敏感性降低[11]，因此进一步研究混凝土的渗透性．

4 养护制度对混凝土渗透性能的影响

渗透性是多孔材料的基本性质之一，它反映了材料内部孔隙的大小、数量、分布及连通情况．混凝土的渗透性与其耐久性之间有着密切的联系，除抗冻性指标外，混凝土的耐久性很大程度上取决与流体（包括液体和气体）侵入混凝土内部及其在内部迁移的难易程度，因此认为渗透性时评价混凝土耐久性最重要的指标．对于许多暴露在有害环境中的混凝土结构，耐久性和强度同等重要．本文采用RCM法和气体渗透法评估混凝土的渗透性能．其中气体渗透性测试方法参考JTJ270-1998．实验采用测试压力可调的NELD-BL混凝土透气性测定仪．采用标准方法，真空度从0.056 MPa下降到0.050 MPa时，渗透系数计算公式可简化为式中：Ka为气体渗透系数，m2/s；ta为所测透气时间，s；Vs为抽真空试验槽体积与连接阀门、试验槽皮管的体积之和，m3；L为试件厚度，m；试件透气截面积，m2；P0、P1分别为起始和终止测试时试验槽侧的压力；Pa为外侧压力（标准标准状态下为大气压）．

按表1配合比制备的混凝土养护到56 d，进行混凝土的氯离子渗透性和气体渗透性能实验．测得的实验结果如表5所示．

表5 不同养护制度下混凝土的渗透性能Tab.3 Permeability of concrete underdifferentcuring condition

可看出，随着浇水养护时间的延长，水化程度增加，结构逐渐变得更致密，离子扩散系数和气体扩散系数均不断减小．其中，高性能C30和C50混凝土56 d氯离子扩散系数分别在5×1012～15×1012m2/s和3 ×1012～5×1012m2/s，气体扩散系数分别为12×108～25×108m2/s和7×108～15×108m2/s．混凝土的气体渗透性远远大于液体渗透性，气体渗透系数与液体渗透系数相差达4个数量级．在不同的养护制度下，混凝土的氯离子渗透规律和气体渗透规律一致，说明两者有较大的相关性[11]．对比浇水养护和薄膜养护，可以看出，浇水养护有利于降低混凝土的渗透性，其氯离子渗透系数和气体渗透系数均有所降低，这可能浇水养护时，由于表面水分的蒸发，使表面的水胶比减低，而薄膜覆盖养护则使混凝土表面水分充分，反而增大了水胶比，使渗透性降低．

综合强度和抗渗性能分析，采用浇水养护比覆膜养护更有优势，且浇水养护7 d强度与养护10～14 d相近，因此为节约劳动成本，可以采用7 d的浇水养护方式．

5 结论

通过对不同养护方式条件下的混凝土强度和渗透性能的研究，主要结论如下：

1）经4 d预养后的养护制度对C50混凝土28 d强度的影响显著低于C30．除低温外，带模养护1 d加浇水养护4 d后的养护对C50混凝土影响较低．

2）在相同龄期下，浇水养护4 d的C30混凝土强度远低于浇水养护超过7 d或覆膜养护、或标准养护的强度．当浇水养护达7 d后，继续延长浇水养护时间，对强度发展的影响较低．覆膜养护7 d与浇水养护7d的强度相近，因此从强度来看，可采取浇水养护7 d的方式进行养护．低温养护下混凝土的后期强度仍可能有较大的发展．

3）随着浇水养护龄期的延长，混凝土的抗渗透性降低明显，说明养护有助于提高混凝土的表面性能．浇水养护的抗渗透性略高于覆膜养护试件的渗透性．

4）气体渗透性远大于离子渗透系数，其相差达4个数量级以上．高性能C30和C50混凝土56 d氯离子扩散系数分别在5×1012～15×1012m2/s和3×1012～5×1012m2/s，气体扩散系数分别为12×108～25×108m2/s和7×108～15×108m2/s．

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[责任编辑 杨屹]

Effectcuringmethodson the strength and permeability of concrete

ZHOU Xin1，LUO Shiyong2，PANG Chaom ing2，QIN Honggen2

(1.The Collegeof Architectural Engineering,The City VocationalCollegeof Jiangsu,Jiangsu Nanjing 210013,China;2.Schoolof Materials Scienceand Engineering,SoutheastUniversity,Jiangsu Key laboratory of Construction Materials,Jiangsu Nanjing 211189, China)

The strength developmentand permeability of concrete under different curing regimeswere studied,such as the film curing,watering curing,low temperature curing by simulation ofdifferentconditionsorenvironmentin site.The resultsshow that,theeffectof curingmethodson the28 d strength ofC50 concretewasmuch less than thatofC30.When curing time is up to 7 d,water curing time has little effect on the strength,but has greateffecton the permeability of concrete.The laterstrength under low temperature curing stillcan develop though the strength somewhatw illbe reduced. With theextension ofwater curing time,improve the impermeability of concrete is improved.

concrete;film curing;watering conservation;low temperature curing;strength;permeability

TU528

A

1007-2373(2016)03-0109-05

10.14081/j.cnki.hgdxb.2016.03.018

2015-11-09

国家自然科学基金（51108077）；江苏省自然科学基金（BK2011612）

周昕（1977-），男（汉族），工程师，zhouxin@jstvu.edu.cn．