寒区冬季施工对混凝土耐久性的影响研究

何承义，王景波，张显军，杨 扬

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院,黑龙江 哈尔滨 150050)

寒区冬季施工对混凝土耐久性的影响研究

何承义，王景波，张显军，杨 扬

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院,黑龙江 哈尔滨 150050)

通过对不同养护制度下的寒区冬季施工混凝土氯离子扩散、冻融循环试验，探究养护制度对其耐久性的影响，结果显示出不同的养护温度和相对湿度组合对冬季桥梁用混凝土渗透性能、质量损失率、相对动弹模量的影响。寒区桥梁用混凝土养生，高温高湿的养护条件优于低温低湿和高温干燥的养护条件。

寒区；养生；耐久性；桥梁用混凝土

冬季施工养护方法主要有综合蓄热法和外部加热法，严寒时节只能使用外部加热法[1]。黑龙江省属于寒温带，与我国北方其它地区混凝土冬季施工相比有很大不同。寒区桥梁混凝土冬季施工外部加热可通过红外线加热、电加热、蒸汽加热、火炉等来实现。在严寒的冬季进行混凝土养生一直没有科学规范的方法。事实上，混凝土的强度及耐久性与养护条件(尤其是温度、湿度条件)关系很大，冬季施工混凝土的养生条件、温度、湿度交替循环变化，混凝土强度增长与室内标准养生下强度增长有较大差异，因而现场养生的混凝土品质会存在较大差异性[2]。近年来，由于交通设施建设的需要，有很多桥梁(特别是一些特大桥)采用了跨越严冬时节的冬季施工，为保证混凝土施工质量，研究混凝土养生条件(温度、湿度条件)对混凝土力学性质及耐久性的影响十分必要。

1 试验材料配合比与试验方法

1.1 原材料

试验中水泥选用P.O 42.5普通硅酸盐水泥。碎石为5～20 mm连续级配，表观密度2 712 kg/m3，堆积密度1 475 kg/m3，压碎值8.9%，含泥量<1%；砂子细度模数为2.4，含泥量<3%，最大粒径5 mm，表观密度2 620 kg/m3，堆积密度1 346 kg/m3；粉煤灰采用Ⅰ级粉煤灰，烧失量为3.5%，比表面积为5 400 cm2/g；减水剂采用萘系减水剂。

1.2 混凝土配合比

通过对黑龙江省目前一些预应力混凝土桥梁结构所使用的混凝土配合比调查，确定本试验所使用混凝土配合比，并按此配合比制备试块。试验用混凝土配合比如表1所示。

1.3 试验方法

通过对黑龙江省及吉林省、内蒙古自治区桥梁冬季施工养生方法的调查发现，施工企业最常使用搭棚覆盖配合焦炭炉加热、 搭棚覆盖配合焦炭炉与蒸汽加热组合3种方法进行桥梁冬季施工养生。本研究针对性地设计了3种室内试验：养生温度5 ℃、相对湿度(RH)为50%；养生温度60 ℃、相对湿度(RH)为30%；养生温度60 ℃、相对湿度(RH)为95%，用来模拟实际施工的搭棚覆盖(低温低湿)、搭棚覆盖加焦炭炉加热法(高温干燥)、搭棚覆盖加焦炭炉再加蒸汽加热(高温高湿)养生环境。试验时分3组制作混凝土试件，用于3种养护组合的试验。每组试件养护一定龄期后对其进行氯离子扩散系数快速测定(RCM法)和冻融循环试验。

表1 试验用混凝土配合比 kg/m3

2 混凝土抗渗试验

2.1 试验方法

试验采用混凝土圆柱体试件Φ100 mm×100 mm规格，试件制作和养护及试验操作按GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。

试验设计了3种养护制度，养护制度一设计为养生温度5 ℃、相对湿度(RH)50%；养护制度二设计为在60 ℃，相对湿度(RH)30%环境养生；养护制度三设计为在60℃，相对湿度(RH)95%环境养生。

2.2 试验结果分析

使用氯离子扩散系数快速测定(RCM法)的养护方法共进行7种，养护方式一的试件标为C1，采用养护制度一到56 d；养护方式二的试件标为C2，分别在养护制度二既60℃相对湿度(RH)30%环境养生3 d、7 d、14 d后再在养护制度一中养生到56 d；养护方式三的试件标为C3，分别在养护制度三既60 ℃相对湿度(RH)95%环境养生3 d、7 d、14 d 后放入养护制度一的环境养生到56 d。龄期56 d结束后分别对3种方式下的试件进行氯离子扩散系数快速测定(RCM法)，其结果见表2。

试验结果显示在相同的龄期下，温度为5 ℃，相对湿度(RH)50%养护时(低温低湿)，氯离子扩散系数小于养生温度60 ℃、相对湿度(RH)为30%养护时(高温干燥)，在60 ℃相对湿度(RH)95%环境养生(高温高湿)氯离子扩散系数最小。先期进行温度60 ℃、相对湿度(RH)为30%(高温干燥)养护3 d、7 d、14 d后，再进行温度为5 ℃，相对湿度(RH)50%养护到56 d，氯离子扩散系数随先期高温干燥养护天数增加而增大，表明先期的高温干燥环境对混凝土抗渗性能不利。先期进行温度60 ℃、相对湿度(RH)为95%(高温高湿)养护3 d、7 d、14 d 后，再进行温度为5 ℃，相对湿度(RH)50%养护到56 d，氯离子扩散系数随先期高温高湿养护天数增加而减小，表明先期的高温高湿环境对增加混凝土抗渗性能有利。

表2 不同养护制度下混凝土的渗透性性能

3 冻融循环试验结果与分析

3.1 试验方案

试验试件采用100 mm×100 mm×100 mm和100 mm×100 mm×400 mm两种规格，第一种养护制度采用温度60 ℃，相对湿度分别为30%、50%、70%，养护时间28 d；第二种养护制度采用相对湿度95%时不同温度30 ℃、60 ℃，养护时间28 d。

混凝土的冻融循环试验根据GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中抗冻性能试验的快冻法进行。

在氯化钠溶液中进行冻融循环试验时参照国内一些试验方法以及欧洲共同体通用试验标准RILEM TC117-FDC/95、美国材试验协会ASTMC672提出的试验方法。

混凝土在氯化钠溶液中冻融循环，盐溶液浓度对混凝土的表面剥落影响较大，浓度过高或过低混凝土剥落都会减小，经试验分析，采用3.0%浓度的氯化钠溶液，冻融效果明显[3]。

3.2 试验结果及分析

试件经快冻法试验和在3.0%氯化钠溶液中冻融循环试验后，同组试件在无氯化钠水中的冻融次数明显高于在3.0%浓度的氯化钠溶液中的冻融次数。混凝土在无氯化钠水中快速冻融时，质量损失率小于在3.0%浓度的氯化钠溶液中冻融时质量损失率。且在3.0%浓度的氯化钠中冻融循环可使动相对弹性模量下降较在无氯化钠水中快速冻融时加剧。其两种养护制度下的相对动弹性模量和质量损失率见表3与表4。

表3 不同湿度养护试件冻融循环试验的相对动弹性模量和质量损失率

注：表中B代表混凝土的相对动弹性模量，M代表混凝土的质量损失率；E1代表3%氯化钠溶液冻融循环的相对动弹性模量，M1代表3%氯化钠溶液冻融循环的质量损失率。

如果将快冻法冻融循环试验看成单因素的冻融循环试验，添加3.0%氯化钠溶液的冻融循环试验则看成是双因素冻融循环试验。从表3与表4发现，单因素与双因素两种冻融循环试验随着循环次数增加，单因素冻融循环相对弹性模量变化与双因素的相对弹性模量变化趋势近于相同，且双因素相对弹性模量下降幅度比单因素冻融循环的相对弹性模量大。同样，随着循环次数增加，单因素冻融循环质量损失率变化与双因素冻融循环质量损失率变化趋势近于相同，且双因素冻融循环的质量损失率下降幅度比单因素冻融循环的质量损失率大。

表4 不同温度养护试件冻融循环试验的相对动弹性模量和质量损失率

从表3可见，相同温度不同湿度养护试件随着养护湿度的提升抗冻融性能也有所提升，说明养护中保证湿度有利于混凝土抗冻性的提高。

从表4可见，相同湿度下不同温度养护试件，高温高湿养护有利于混凝土抗冻性的提高，高温低湿的养护湿度混凝土的抗冻性不及高温高湿养护。如同为冻融循环100次高温低湿的养护试件相对弹性模量为高温高湿养护试件相对弹性模量的84%；高温低湿的养护试件质量损失率为高温高湿养护试件质量损失率的133%。

4 结 论

1)温度变化与湿度变化对氯离子扩散系数影响不可忽视，高温高湿环境对增加混凝土抗渗性能有利。

2)养护条件对混凝土抗冻性有不同程度的影响，养护温度升温速度过快时混凝土表面的水分会大量蒸发，使混凝土后期强度发展缓慢。高温养护期混凝土保持充分湿度十分必要。高温高湿养护条件的混凝土抗冻性能优于高温干燥和低温低湿养护条件下养生的混凝土。

3)处于寒区的桥梁用混凝土养生，高温高湿的养护条件优于低温低湿和高温干燥的养护条件。工程实际中搭棚覆盖加焦炭炉与蒸汽加热养生较搭棚覆盖加焦炭炉加热法对混凝土耐久性有利。

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[责任编辑：郝丽英]

A study of the effect of the durability of concrete in cold region

HE Chengyi, WANG Jingbo, XIAN Junzhang, YANG Yang

(College of of Architectural and Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050,China)

The experimental study on the durability of concrete in the bridge is carried out. The influence of different curing temperature and relative humidity combination concrete of the cold region construction bridges are used durability is obtained. The conclusion shows that, The late strength of concrete is slow when the curing temperature heats up too fast. Because The water on the concrete surface evaporates in large quantities .It is necessary for the high temperature curing of concrete to keep enough moisture.

cold region;curing; concrete durability；bridge concrete

2017-03-22

黑龙江省自然科学基金项目(E201325)

何承义(1962-)，男，教授， 研究方向：土木工程.

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.04.001

TU528

A

1671-4679(2017)04-0001-03