HVFA混凝土墙材热养护理论分析

秦国新，徐中华，何辉

（1.江苏省建筑钢结构混凝土协会，江苏 南京 210008；2.南京建高新材料科技有限公司，江苏 南京 211300）

0 引言

充分而有效的养护是保障混凝土墙材能够获得优良的物理、力学性能和长期性能的重要途径，尤其当混凝土暴露在严酷环境下，其表面受到磨蚀、腐蚀或冻融循环作用时，更应加强混凝土养护。同样，为达到设计强度，也需要对混凝土进行充分养护。即使是质量优良的混凝土，在浇注后也必须进行养护以保证混凝土在服务期内发挥最大效能。

当代混凝土的养护比以前任何时候都显得重要。包括浆体含水量在内的充足的湿度条件可以通过多种养护方法来实现，或者通过几种方法的组合来实现。外部供水养护使混凝土表面保持湿润，在条件允许时，可使用养护剂。同时，保证适当的养护温度也尤为重要，但由于高温会影响混凝土的长期性能，养护温度不宜高于80℃。混凝土养护另一个重要方面是保持混凝土内温度分布合理。ACI建议：在常温下的养护温度应比在使用寿命中裸露在空气中的平均温度低；养护后24 h内大体积混凝土的温度下降应不超过16.7℃，薄壁构件的温度降幅应不超过27.8℃，从而可减小因温度梯度导致的开裂风险。对应大掺量粉煤灰混凝土，必须防止养护初期的混凝土损伤破坏，如果在混凝土初期微观结构发展的临界阶段受到外力破坏，可导致混凝土无法获得所需的物理、力学性能和耐久性。

大掺量粉煤灰混凝土中，粉煤灰含量大于水泥用量，而粉煤灰的水化进程缓慢，低钙硅比类托勃莫来石C-S-H为主要的胶凝性物质。现有大掺量粉煤灰墙材多采用人工热养护加速粉煤灰水化，但热养护工艺参数的选择缺乏理论指导。本文以成熟度理论和水泥化学为指导，对大掺量粉煤灰混凝土墙材热养护工艺进行理论分析，以指导生产实践。

1 HVFA混凝土墙材热养护参数分析

根据Rastrup对当量龄期（te）的定义，当量龄期是混凝土在实际养护条件下养护与在恒定的参考温度θr下养护具有相同成熟度的时间，可用式（1）表示。

式中：γ（θ）为温度函数。由于混凝土的硬化与养护温度之间并不呈线性关系，因此常采用式（2）计算γ（θ）（θr等于 20 ℃）。

根据ASTM C 1074-98，对应采用I型水泥，且不掺外加剂的混凝土，水泥水化时的表观活化能E等于41.5 kJ/mol，通用气体常数R为8.314 kJ/mol。

已有研究表明，水泥品种及胶凝材料组成、养护温度、外加剂和水灰（胶）比是影响混凝土强度发展的主要因素。为简明地表述混凝土在不同温度条件下养护到当量龄期时的强度发展，并考虑水灰（胶）比的影响，可采用式（3）计算在养护温度Ta下养护的当量龄期与参考温度Ts的关系。

式中：T0=-10 ℃，n=1/[1-（w/c）2]。

如果以标准养护3 d作为当量龄期，因3 d时粉煤灰水化程度低，水胶比为0.42、粉煤灰用量为胶凝材料质量的50%时，水灰比为0.84，则n=3.4，考虑混凝土墙材在20℃静停5 h，则混凝土墙材在40℃、50℃和60℃下热养护时间分别为11.8 h、6.3 h和 3.8 h。

如果以标准养护7 d作为当量龄期，则由计算可知，混凝土墙材在40℃、50℃和60℃下热养护时间应分别为28.7 h、15.4 h和9.1 h。

2 HVFA胶凝材料水化模拟计算

仍以水胶比为0.42、水灰比0.84的混凝土为例进行计算。利用HYMOSTRUC软件进行计算（取水泥比表面积为350 m2/kg，混凝土胶凝材料、粗、细骨料用量分别为 300 kg/m3、1 284 kg/m3和 690 kg/m3）。模拟计算结果如图1，2所示，水泥、粉煤灰在3 d，7 d，28 d的水化程度及水泥石胶空比计算结果见表1。

图1 HVFA混凝土水泥水化模拟计算结果

图2 HVFA混凝土水泥石组成

表1 胶凝材料水化程度及水泥石胶空比计算结果

利用课题组建立的粉煤灰混凝土强度-胶空比关系模型，计算得到该混凝土墙材3 d和7 d抗压强度分别为28 d的38.4%和57.8%。因此，从保障混凝土墙材性能考虑，应以标准养护7 d作为当量龄期，为实现养护室1 d 2周转，建议按照60℃养护9～10 h作为大掺量粉煤灰混凝土墙材热养护工艺控制参数。

3 HVFA混凝土热养护湿度控制

温度和湿度是影响热养护混凝土制品性能的主要因素。理论研究和生产实践均证明，在升温过程中养护室内不增湿、少增湿，或者以水分蒸发过程为主的干热养护，比湿热养护效果明显。由于低湿介质对混凝土强度形成过程中的破坏作用小，通常采用干热养护的混凝土制品表面质量好。干热养护的优点是成型后的混凝土墙材无需静停即可进入养护室并快速升温养护，具有升温阶段对混凝土微观结构破坏作用较小、热养护周期较短等优点。混凝土制品湿热养护周期一般为10～18 h，而干热养护的周期可缩短至6～8 h。但是，如果混凝土热养护全过程均处于低湿状态，就会导致混凝土失水过多、水泥和粉煤灰水化不充分、后期强度损失大等现象。因此干热养护后，应采用浇水、喷雾等降温手段，以减少强度损失。

干热养护方式和养护温度对水泥石不可蒸发水含量的影响尤为显著。由图3，4所示大掺量粉煤灰混凝土试验结果可知，干热养护8 h后，再进行标准养护或浇水自然养护，则干热养护温度60℃，浇水自然养护7 d后的水泥水化程度达到60.9%，抗压强度达到28 d时的65%。

图3 干热养护温度对wn的影响（8 h）

图4 干热养护时间对混凝土抗压强度的影响

综上所述，大掺量粉煤灰混凝土墙材热养护过程中应尽量采用干热养护与浇水自然养护相结合的养护工艺，确保混凝土墙材性能满足工程使用要求。

4 结论

基于理论分析和讨论，得出如下结论：

（1）以标准养护7 d为当量龄期控制大掺量粉煤灰混凝土墙材热养护强度，适宜的热养护工艺制度为：温度60℃，养护时间为9～10 h。

（2）干热养护促进了粉煤灰的火山灰反应进程，在60℃、相对湿度40%条件下干热养护8 h，并继续浇水7 d，大掺量粉煤灰混凝土抗压强度达到28 d的65%。