养护方式对HPC试块抗压强度影响分析

闫　旭，吕利华

(东北林业大学 土木工程学院，哈尔滨 150040)



养护方式对HPC试块抗压强度影响分析

闫旭，吕利华*

(东北林业大学 土木工程学院，哈尔滨 150040)

摘要：对标准养护、跟踪养护、同期养护三种养护方式下高性能混凝土(HPC)的强度增长情况进行跟踪，对比分析得到不同养护方式对抗压强度随时间增长的影响差异。当龄期为28d时，对实体取芯和三种养护方式下试块的抗压强度进行对比，探究哪种养护方式与HPC实体水化环境更为接近。结果表明，跟踪养护方式下抗压强度最高，同期养护和标准养护下抗压强度相差不大。跟踪养护28 d抗压强度与实体最为接近，所以跟踪养护与实体内部环境相似，更适宜作为HPC的标准养护方式。

关键词：养护制度；HPC；抗压强度；跟踪养护

0引言

高性能混凝土(HPC)是由普通混凝土高强化的更深层次的研究成果[1]。外加剂及掺合料的使用，使HPC相比与普通混凝土(OC)改变显著，其水化机制及微观结构的改变使HPC各方面性能得到显著提升[2-4]，但却使HPC变得对外界环境更加敏感[5]。而养护恰恰是为混凝土提供良好的水化外界环境，使其在最短的时间内得到最佳最稳的性能，并有效抑制原发缺陷的发生[6]，所以选择合适的养护方式对HPC意义重大。Dhir等研究发现，过高的养护温度不利于纯水泥混凝土强度增长，却有利于粉煤灰混凝土强度的增长，说明普通混凝土和高性能混凝土养护所需温度存在巨大差异[7]。不能再将HPC与OC等同对待，所以应对使用日益频繁的HPC，建立适用的养护方式[8-9]。目前混凝土结构验收时均采用同期现场取样制作150 mm的正方体混凝土试块，标准养护28 d，以其28 d抗压强度达标情况作为验收标准。强度等级要求较低、结构尺寸较小时，此种方法基本能反应实体强度，但当构件尺寸增大，混凝土的内部温度增幅逐渐增大，强度偏差增大[10-16]。现有养护方式落后且不能反映实体强度，为解决这问题，找到能替代HPC实体强度发展的养护方式。故对跟踪养护、标准养护、同期养护三种养护方式下的强度增长过程进行对比研究。

1试验设计

跟踪养护采用大体积HPC核心的温度作为HPC试块的养护温度；同期养护则需保证HPC试块和大体积HPC处于相同的温度环境中进行养护工作；标准养护将试块放在温度20℃±2℃、相对湿度95%RH的环境下养护。本试验目的是：以找到能将HPC实际强度增长情况如实在实验室内表达的养护方式为出发点，在以上三种养护方式中选取更接近实体内部水化环境的养护方式，推荐其成为HPC标准养护制度。本试验需在浇筑大体积HPC的同时，留取同批次HPC制作HPC试块，将HPC试块放在跟踪养护、标准养护、同期养护三种不同养护环境中分别进行养护。对HPC试块的抗压强度增长情况进行跟踪，了解不同养护方式对抗压强度随时间增长的影响差异。当龄期为28 d时，实体取芯测强。将取芯测强结果与三种养护方式下28 d抗压强度进行对比，看哪种养护方式下28 d抗压强度与实体实际抗压强度值接近，确定最佳养护方式。试验中水泥用量定为240 kg/m3，硅粉掺量定为15 kg/m3，矿粉与粉煤灰掺配比例定为3∶1，具体试验配比见表1。

表1　试验配合比

2试验材料

所用的胶凝材料为P.O 42.5硅酸盐水泥，II级粉煤灰、S95级磨细高炉矿渣粉和奥斯加密硅粉。减水剂为国产萘系高性能减水剂。粗集料为5～25 mm连续级配碎石；细集料为细度模数为2.6的中砂，堆积密度为1 721 kg/m3，表观密度2 540 kg/m3。

3试验过程

在野外挖坑筑模，坑的内径尺寸为1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm。外包防水布、泡沫板进行防水保温隔热，并设置温度探头。浇筑HPC，采集核心温度(如图1所示)，随时调节跟踪养护的水浴温度保持与HPC核心的温度一致。浇筑同时需留取同批次HPC做100 mm×100 mm×100 mm试块54块，平均分三组，分别置于预先设置的三种养护方式下进行养护。当龄期为2、3、7、14、28 d时，从各养护方式中取三块试块进行抗压强度测试；当龄期为28 d，在野外浇筑的实体表面随机选取三点进行取芯操作，切割上下表层进行找平处理，留中间部分进行抗压强度测试。

图1　HPC核心温度(跟踪养护执行温度)Fig.1 The core temperature of HPC(maintenance tracking)

4试验结果及分析

4.1试验结果

三种养护方式下，HPC试块的2、3、7、14、28 d抗压强度测试结果见表2。28 d实体钻芯取样的抗压强度结果是61.23MPa。

表2　跟踪养护、同期养护、标准养护下抗压强度

4.2试验结果分析

三种养护方式下各龄期强度值如图2所示。由图2可知跟踪养护下HPC整体抗压强度最高，位于三曲线最上端。与同期养护相比，标准养护下抗压强度略高但与同期养护的抗压强度相差不大。跟踪养护的抗压强度平均值为49.37 MPa，是标准养护下抗压平均强度的1.29倍，两者差距明显。以达到40 MPa强度为标准，跟踪养护用时3 d，标准养护用时7 d，跟踪养护比标准养护节省时间一半以上。说明养护方式不同，强度增长速率差异明显。就各龄期之间不同养护方式下抗压强度增长率进行统计，见表3。

图2　三种养护方式下抗压强度对比Fig.2 The compressive strength of test under three ways of maintenance

时间/d0~22~33~77~1414~2121~28跟踪养护增速/(MPa·d-1)16.674.952.680.900.0961.186同期养护增速/(MPa·d-1)9.888.252.371.080.2740.361标准养护增速(/MPa·d-1)9.125.983.520.760.8510.720

由表3可知，跟踪养护下0~2 d抗压强度增长速率最快，明显高于其他两种养护方式下同期强度增速。仅用两天时间，便达到33.34 MPa的抗压强度，占跟踪养护28 d抗压强度51.9%。0~2 d的跟踪养护平均温度为26.47℃，明显高于标准养护温度。说明适当提高养护温度可以显著提升HPC的早期抗压强度。在0~2 d，HPC内部发生水化反应的物质主要为水泥颗粒，此反应在跟踪养护环境下的速率比标准养护高一倍。说明标准养护的温度相对跟踪养护不太适合HPC水化反应的进行，HPC水化早期反应的适宜温度应比20℃高。跟踪养护7 d后，试块抗压强度增长速率降至0.9 MPa/d，增速速率明显降低。跟踪养护14 d后增长速率不足0.1 MPa/d，增长基本停滞，此时抗压强度为55.31 MPa，已经超过标准养护28 d的抗压强度值，说明跟踪养护相比标准养护更有利于HPC中期抗压强度的增长，要求跟踪养护时间应比标准养护时间要短。跟踪养护21 d后，抗压强度增长速率回升至1.186 MPa/d，HPC的内部的水化反应再度开始。0~28 d，水化反应速率一增一降再增的过程主要因为：0~2 d时HPC主要发生水化反应的物质是铝酸三钙，水化反应较迅速，抗压强度增速较快；2~14 d，抗压强度增长速率逐渐将至较低水平，说明HPC内部水化反应速率逐渐降低，水化物质逐渐由铝酸三钙转为硅酸三钙等其他水化速率较慢的物质；14~21 d，强度增长速率非常低，水化反应基本停滞，其原因主要是水泥颗粒发生的水化反应生成较多的氢氧化钙，氢氧化钙是微溶物质，逐渐析出覆盖在水泥颗粒表面形成氢氧化钙晶体，阻碍水泥颗粒的继续水化，导致强度增长停滞；21~28 d，强度增长速率再次上升，则是因为试验配比中有大量的矿物掺合料，矿物掺合料中的活性物质和氢氧化钙晶体发生反应，使水泥颗粒表面的氢氧化钙晶体逐渐消失，水泥颗粒得以再次水化，水化速率有所回升。对跟踪养护的21~28 d养护温度进行研究发现：此段时间的温度基本维持在15℃左右，跟踪养护下HPC抗压增长速率仍比标准养护下抗压强度增长速率高，说明适宜HPC的21~28 d水化温度应该在20℃以下。温度太高不适宜HPC水化二次反应的进行，甚至会对HPC的强度增长不利。

浇筑后28 d进行实体取芯，经切割、打磨、制样、测得抗压强度为61.38 MPa，考虑到实际在取芯过程中会有些许扰动，实际实体抗压强度理论上应稍大于此值。对三种养护方式下的28 d抗压强度进行相近程度分析，结果见表4。从表4中可直观看出：跟踪养护下28 d抗压强度与之最为接近，且大于取芯强度，符合推断。由此可得：跟踪养护与实体内养生环境最为接近，在跟踪养护养生环境下所得数据更具有代表性，跟踪养护应推荐成为HPC的标准养护方式。

表4　三种养护方式下抗压强度与28d

5结论

(1)对HPC强度增长趋势研究所得：浇筑后的7 d内适当升高养护温度对HPC的强度形成有益；浇筑后14~28 d的HPC水化不需要高温，养护温度应适当降低，否则会阻碍HPC水化反应的进行。温度恒定的标准养护并不是HPC最好的养护方式，其养护的试块强度值与实体强度相差较大，不可作为实体强度的替代。

(2)相同HPC试块，在跟踪养护下强度增长较快，最终强度较高。相比与标准养护，跟踪养护下的试块强度与实体强度更为接近，能够替代实体强度。针对HPC，应推荐使用跟踪养护作为实验室内HPC的标准养护制度。

(3)为了简化实验过程，降低试验难度，及时开发配套的养护设备，并针对不同配比的HPC建立完善的养护温度曲线形成温度手册供跟踪养护的使用者使用。

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Analysis on the Influence of Maintenance Method on the CompressiveStrength of HPC Test Block

Yan Xu，Lv Lihua*

(College of Civil Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Abstract：In this paper，the strength growth of HPC under the standard curing，maintenance tracking，and simultaneous maintenance was analyzed and compared to understand the impact difference of HPC strength growth along time under different maintenance modes.At the 28th day，the coring strength and the comprehensive strength under different maintenance modes were compared to discuss which maintenance mode was much closer to nature.Results showed that the compressive strength of HPC under maintenance tracking mode was the highest and the difference of the comprehensive strength growth of HPC under standard curing and simultaneous maintenance was very small.The comprehensive strength at the 28th day under maintenance tracking mode was more similar to the actual situation；therefore maintenance tracking was suitable as the standard maintenance mode of HPC.

Keywords：maintenance mechanism；HPC；compressive strength；maintenance tracking

中图分类号：TU 755.7

文献标识码：A

文章编号：1001-005X(2016)02-0078-04

作者简介：第一闫旭，硕士研究生。研究方向：高性能混凝土。*通信作者：吕利华，硕士，副教授。研究方向：高性能混凝土。E-mail:1624303026@qq.com

基金项目：黑龙江省科技厅科研项目(GC12A110)

收稿日期：2015-11-16

引文格式：闫旭，吕利华.养护方式对HPC试块抗压强度影响分析[J].森林工程，2016，32(2)：78-81.