真空脱水对水泥混凝土地坪强度影响的应用研究

董恒瑞，邓铃夕，李城，陈敬，李斯祺，石从黎

（1重庆市建筑材料与制品工程技术研究中心，重庆401122；2重庆大学材料科学与工程学院，重庆400045；3重庆建工新型建材有限公司，重庆401122）

真空脱水对水泥混凝土地坪强度影响的应用研究

董恒瑞1，3，邓铃夕2，李城1，陈敬1，3，李斯祺3，石从黎1，3

（1重庆市建筑材料与制品工程技术研究中心，重庆401122；2重庆大学材料科学与工程学院，重庆400045；3重庆建工新型建材有限公司，重庆401122）

混凝土经真空脱水后打破原有“固‐液‐气”三相平衡体系，引起混凝土强度、表观密度、含气量等指标参数的改变。通过采用“上脱水”式真空处理工艺对水泥混凝土试验地坪进行真空脱水，研究了不同部位混凝土28d强度的变化情况，并分析经真空脱水后混凝土内部体系组分的变化与强度值波动的规律。试验结果显示：真空脱水后不同部位混凝土强度变化较大，强度受设计强度、脱水真空度、真空影响深度及脱水处理时间的综合影响。

真空脱水；水平层位；垂直层位；表观密度

引言

真空脱水混凝土的概念最早出现于1935年，并在预制与现浇混凝土工程中加以使用，该工艺原理是在刚浇筑振捣的混凝土表面上铺设真空脱水垫，利用真空泵产生合理的负压所引起的“挤压力、毛细管微管挤压力、气泡膨胀挤压力”使混凝土内部压力差的改变，将混凝土中多余的游离水分、带入气体和引入气体挤压出去，缩短混凝土的凝结时间，提高密实度和早期及后期强度[1]，我国曾在混凝土路面、机场、停车场和平面预制构件生产中采用过真空脱水处理工艺并取得较好的效果。近几年，随着装配式构件的大力推广，建筑行业逐渐提高结构构件预制化比重，真空脱水工艺具有提高混凝土早期强度、缩短模板周期、减少预制墙板表面裂缝的优势逐渐显现，混凝土真空脱水技术将被人们逐渐重视起来。

楼板、地坪等大面积混凝土在一定真空制度下经真空脱水后，混凝土水平方向同一层位深度的强度是否一致？经脱水后混凝土垂直方向不同层位的强度将呈现怎样的趋势？为探讨上述未知技术问题，本文结合工程实例，对真空脱水混凝土地坪不同部位的强度变化规律进行了试验研究。

1 试验对象与试验设计

试验地坪混凝土的设计强度等级C20，混凝土配合比为：

水泥∶石粉∶水∶外加剂∶河砂∶机砂∶碎石=1∶0.235∶0.627∶0.017∶0.916∶4.471，单方水泥用量为240kg。施工时混凝土经均匀充分摊铺振捣，故可认为地坪混凝土各处脱水前是宏观均质的；试验地坪面积尺寸为：3300mm×5200mm×6000mm的等腰梯形、厚度D为300mm，其中真空脱水垫脱水试验面积尺寸为：3000mm×5000mm的矩形。

试验采用瑞典TREMIX型真空脱水设备、柔性真空吸垫进行脱水，试验真空度为0.06MPa（0.6bar），真空脱水时间为45min，试验现场见图1。按照脱水时的真空吸垫分布，自然养护28d龄期后选取有代表性的11个点进行钻芯取样，试验芯样尺寸75mm×75mm，见图2所示，其中⑥是脱水垫中心部位，①和②为未经真空脱水部位。编号③、④、⑤、⑦的钻芯点分别与编号11、⑩、⑨、⑧的钻芯点一一对称分布。

图2 试验钻芯取样、位置编号示意图

混凝土芯样加工后的平整度、垂直度和实际高径比符合《钻芯法检测混凝土强度技术规程》CECS03-2007的要求。

2 试验结果及分析

依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002对各组芯样进行强度测定，换算系数β均以1计算，芯样表观密度测定时均为自然面干状态。各层混凝土强度分布见图3。

图3 各钻芯点不同层位的强度变化

从图3（a）抗压强度变化趋势看出：经真空脱水的混凝土地坪上层各位置的强度约为未经真空脱水混凝土强度的1.37～1.65倍，强度差值最大达到11.47MPa，上层混凝土脱水后对强度提高十分显著，上层混凝土在真空负压作用下产生“气孔挤压效应”、“毛细管效应”和“上层压应力效应”三大效应，致使上层混凝土内部的成分比例发生变化，具体为水胶比降低，含气量下降，密实度提高，表观密度增大以及界面过渡区缺陷进一步减少等，各影响因素叠加作用使得上层混凝土强度提高，且靠近脱水汇集回收带和吸垫中心的真空负压更大，“三大效应”更明显，故吸垫中心附近处的混凝土强度更高。

图3（b）数据显示：在真空脱水作用下，各点中层的抗压强度分布较为离散，除⑤处外其他各点的强度均较低，各点的强度均低于同层位置未脱水混凝土的强度，且各点的强度均低于相同取芯点位置对应的上层混凝土强度，分析认为出现上述现象主要是由三方面原因导致的：（1）由于真空脱水在垂直方向上有效影响深度是有限的，在距离真空吸垫相对“较远”的中层位置，混凝土中的水分和气泡排出速率下降；（2）在真空脱水作用下，表层混凝土产生过早的横向挤压堵塞了排放通道，造成中层水分和气泡被滞留；（3）试验过程发现，在真空脱水作用下混凝土内部会产生部分脱水孔缝（见图4），人工抹平收光仅仅对上层有修复作用，中层脱水孔缝依旧存在。

图4 真空脱水混凝土内部脱水孔缝示意

由图3（c）可知：经真空脱水后混凝土各点下层混凝土强度均大于同水平未脱水混凝土，各点强度达到40MPa以上，虽然混凝土地坪厚度为300mm，但真空作用仍然可以对其强度产生一定的影响。

图5 各位置垂直层位强度和表观密度对比

将各钻芯点的芯样垂直方向的上层、中层、下层的抗压强度和表观密度进行对比，结果如图5所示。

对比图5（b）可知：同样地除未经真空脱水处理的WTS-1、WTS-2的表观密度随深度的增大而增加外，其余经真空脱水工艺处理的各位置芯样表观密度随垂直深度的变化趋势为先降低后增加。图5显示强度与已硬化混凝土的表观密度呈正相关。表观密度的变化趋势从侧面反映出混凝土内部单位含水量、孔隙率、孔级配和浆骨比的变化趋势；WTS-1和WTS-2的表观密度变化规律表明混凝土地坪经施工振捣后粗骨料下沉，垂直层方向出现混凝土表观密度相对层差[2-3]，混凝土强度出现下高上低的现象；表观密度层差混凝土在经真空脱水作用后，上层混凝土在水胶比降低、孔隙率降低、孔径平均尺寸显著减少等“有利因素”推动下强度有所回升；由于上层各点的真空度不一致，故“有利因素”的作用效果也不同，叠加效应的结果便呈现出上层强度离散的情况，真空脱水对下层混凝土的影响程度下降，各点“有利因素”作用效应基本一致，叠加效应致使下层强度有所提高且强度分布集中。

3 结论

混凝土经真空脱水后内部组分将发生变化，原有平衡体系被打破，在真空负压因素作用下表现为混凝土强度、表观密度等宏观指标的变化，具体为：

（1）经真空脱水后的混凝土性能指标的变化受混凝土自身性能、脱水真空度、真空影响深度及脱水处理时间等综合因素的影响；

（2）在一定的真空工艺制度下，混凝土水平方向上抗压强度和表观密度分布的一般趋势为：靠近真空吸垫中心和真空脱水汇集带的强度偏高，远离真空吸垫和脱水汇集带的位置强度相对偏低；在一定的真空工艺制度下，混凝土垂直方向上抗压强度和表观密度分布的一般趋势为：上层位置受真空脱水工艺有益作用影响更大，中层位置受脱水有弊作用影响更大，下层位置混凝土受真空脱水工艺和混凝土自身保水能力综合作用影响。

从图5（a）看出：未脱水部位WTS-1和WTS-2的抗压强度随垂直深度的增加而增大，其他各点混凝土强度呈现出随垂直深度增加、强度值先降后升的现象；另外，下层各点强度分布集中，与上层不同位置的强度离散形成鲜明对比。

[1]程作渭，陈章洪．混凝土真空脱水技术[M].北京：中国建筑工业出版社，1986：4-7.

[2]吴中伟．关于混凝土真空脱水的工作机理和改进意见[J]．混凝土与水泥制品，1984（2）：1-3.

[3]袁承斌，高文达，孙昌明，等．真空脱水对混凝土强度的影响研究[J].混凝土，2007（5）：24-26.

责任编辑：孙苏，李红

Application of Vacuum-dewater on Strength Influence of Cement Concrete Floor

The concrete equilibrium system of Solid-liquid-gas is broken after vacuum dehydration,causing changes in index parameters like compressive strength,apparent density and gas content.The"upper dehydration"vacuum treatment technique is adopted for cement concrete testing floor to study the variation situation of concrete 28d strength of different locations and analyze the interior systematic changes and strength variation rule of vacuum-dewatered concrete.The results show that the strength of different concrete parts changes dramatically after vacuum dehydration,and the strength is affected by the comprehensive action of design strength,vacuum-dewater degree,vacuum influential degree and dewater treatment time.

vacuum-dewater;horizontal level;vertical horizon;apparent density

TU528

：A

：1671-9107（2016）11-0061-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.11.061

2016-08-22

董恒瑞（1988-），男，河南商丘人，本科，初级工程师，主要从事混凝土相关技术研究、应用与管理。