养护对UHPC性能的影响研究综述

于俊超 张军旗 彭 帅 王 俊

（河北建设勘察研究院有限公司， 河北 石家庄 050031）

众所周知，养护制度会对混凝土的性能产生重大影响。较高的温度可以加速水泥水化反应的进程，改善混凝土内部微观结构，增强界面粘结力，进而提高混凝土的力学性能；但同时过高的温度也会给材料带来不利的影响。与普通混凝土类似，养护制度也在很大程度上制约着超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete，简称UHPC)的性能，进而影响其在结构工程中的使用情况。因此，研究不同养护制度对UHPC性能产生的影响显得尤为重要。

1 UHPC宏观性能研究现状

UHPC所具有的超高强度、韧性、耐久性等宏观性能是其备受工程师青睐的主要原因，也是其能较好的在建筑结构中应用的重要保障。养护不当会造成混凝土的物理力学性能和耐久性劣化，甚至产生疏松脱落、开裂等宏观破坏现象，影响工程结构的正常使用。因此，需要对养护制度与UHPC宏观性能的关系进行深入的研究。目前，已有众多学者对此进行了探索，并取得了有价值的成果，其中采用较多的热处理养护制度包括：湿热养护（热水养护和蒸汽养护）、高压养护与干热养护；常用温度有：60□C、90□C、160□C、200□C 和 250□C。

1.1 力学性能

UHPC的力学性能是其宏观性能的主要表现。Yang等对比了90□C热水养护和20□C水养UHPC的力学性能后指出，前者的抗压强度、抗折强度和断裂能分别比后者高20%、10%和15%。此外，我国的张胜等人也提出了类似观点，即湿热养护有利于改善水泥石与钢纤维的界面，使得UHPC的抗压、抗折强度和断裂能较标准养护时均有所提升，但同时文献也指出采用蒸汽养护的试件后期强度会出现不同程度的倒缩。Saly等研究发现3d蒸汽养护和干热养护的UHPC力学性能，与90d标养后的数值接近；由于蒸汽养护对混凝土内部湿度的损失有补偿作用，使得在该种养护制度下UHPC的抗压强度和断裂能均高于干热养护。此外，Yazıc等对比研究了标养、蒸汽和高压养护方式对RPC力学性能的影响指出：高压和蒸汽养护加速了水泥的水化进程，可使RPC的抗压强度分别比标养时提高25~63%和9~61%；但同时二者也会造成纤维与基体间粘结强度的下降，导致RPC的抗折强度降低，且蒸汽养护引起的粘结强度损失更大。

1.2 耐久性等

除力学性能外，学者们还对UHPC的耐久性、收缩等宏观性能进行了分析。有研究指出，干热养护后的UHPC并不具备很好地抗氯离子渗透的能力，但蒸汽养护可以加速水化，使UHPC微观结构更加致密，抗氯离子渗透能力较标准养护大大增强；而在抗冻融循环方面，与标养相比，蒸汽养护和干热养护均未见明显优势。Cwirzen等则指出在冻融循环和除冰盐共同作用下，经过90□C蒸养后的UHPC结构损伤严重，抗盐冻性能明显低于自然养护。关于热处理对UHPC拉伸和压缩蠕变的影响。此外，有研究发现90□C蒸汽养护的RPC干缩性能优于标准养护和60□C蒸养。

考虑到热处理的养护方式和压力等在施工过程中的复杂性、可行性，也有部分学者开始了采用常温常压养护制度，制备具有超高强度、韧性 UHPC的实验研究。

2 UHPC微观性能研究现状

混凝土是一种多孔、多相材料，其微观结构的改变在一定程度上影响着混凝土的宏观性能。UHPC作为一种新型材料，其组分细度的提高、活性掺合料的添加和超低的水胶比，使其水化进程、水化产物及微观结构与养护制度息息相关。长时间的热处理时间和温度可增长CSH链，使UHPC变得更加密实；且火山灰效应很大程度上依赖于养护的温度和持续时间，温度从90□C上升至250□C时，硅灰的消耗量由15%上升至70%，200□C以上持续养护48h时，石英的火山灰效应活跃发生。

如前所述，养护起始和持续时间、温度、压力会对UHPC的力学性能产生影响，那在微观结构上会引起何种变化呢？文献中采用SEM和MIP技术，并以非蒸发水量评估水泥的水化程度，就养护的起始和持续时间对UHPC微观结构的影响进行了探讨：较长的热养护可以增大水泥的水化程度，提高混凝土的最终抗压强度，而过早和过晚的热养护会使得水化程度有所下降；同时热养护后UHPC的总孔隙率显著下降，孔径也变小，微结构得以细化。文献中通过EDX分析发现：UHPC水泥水化产物的类型随养护温度发生变化，100□C时水化产物中未见特殊晶体出现，150□C时雪硅钙石晶体开始形成，200□C时变得更为致密，最终 250□C时有硬硅钙石形成；且同一温度不同的热处理时间，形成的水化产物中 Ca/Si比也不相同，形成的晶体质量和数量也不同，进而对力学性能的影响也不一致。刘娟红等对经90□C蒸养再150□C干热养护后，水泥用量少、水胶比较高的RPC水化产物进行了观测发现，CSH凝胶变得致密而连续，并堆聚形成放射形凝胶颗粒簇，表面变得平滑饱满，填充原有的空隙形成块状结构，使RPC内部结构更加密实；强度值增长了200%，孔隙率与孔隙特征也得到明显改善；Ca/Si从1.41降至1.20左右。此外，有研究发现高压养护也有类似的效果。

3 结论与展望

适宜的养护制度是混凝土获得高强度、高耐久性的前提，对于超高性能混凝土也是如此。一定的热养护可以加速水泥水化反应的进程和火山灰效应的发挥，改善UHPC内部微观结构，改变CSH形貌，增强界面的粘结力，进而影响UHPC的宏观性能。此外，热养护的起始和持续时间、压力等也是影响UHPC性能的重要因素。但目前的研究多数集中在不含粗骨料的RPC上，且高温、高压的养护方式在给经济上带来负担的同时，也会给现场施工浇筑带来困难。

鉴于此，在以后的研究中，我们可以从以下几方面着手：

（1）研究养护制度对含粗骨料的超高性能混凝土宏观性能的影响，并从微观上进行分析，观测水化产物、水化程度等。

（2）从养护制度的经济性和可行性方面进行考虑，以达到工程的使用要求为基础，选取最优的养护方式。

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