保湿养护膜法养护对混凝土收缩及强度影响的研究

王采成

（中铁十一局集团第三工程有限公司 湖北十堰 442012）

1 研究背景

混凝土的水化作用需要适当的温湿度条件，为防止混凝土成型后受环境因素影响而出现不正常的收缩、裂缝、脱落等，需要对浇筑成型后的混凝土进行养护［1］。合理的养护不仅可以保证混凝土的水化反应，确保早期强度，而且对控制混凝土的早期失水开裂、后期干燥收缩开裂，以及温度裂缝至关重要［2］。

1.1 混凝土的自然养护方法

混凝土的养护分为自然养护和蒸汽养护两种养护方法，对于大多数现场浇筑的混凝土，自然养护通常采用养护剂、覆盖（草帘、土工布或薄膜等）+洒水、节水保湿养护膜等方法养护［3-4］。

1.1.1 养护剂养护

养护剂养护是将过氯乙烯树脂料溶液用喷枪喷涂在混凝土表面上，溶液挥发后在混凝土表面形成一层塑料薄膜，将混凝土与空气隔绝，阻止其中水分的蒸发以保证水化作用的正常进行［5-6］。特别适用于不易洒水养护的异型或大面积混凝土结构。

1.1.2 覆盖（草帘、土工布或薄膜等）+洒水养护

混凝土去除表面覆盖物或拆模后，在混凝土表面处于潮湿状态时，采用草帘、土工布、塑料薄膜等材料将暴露面混凝土覆盖或包裹，并定时洒水保湿养护。包覆期间，包覆物应完好无损，彼此搭接完整，内表面应具有凝结水珠。有条件地段应尽量延长混凝土的包覆保湿养护时间［7-9］。

1.1.3 节水保湿养护膜养护

节水保湿养护膜是新发展起来的一种养护材料，节水保湿养护膜由不透气塑料薄膜面层、亲水性微孔无纺布底层和可控储（释）水高分子材料中间层组成。养护时进行一次洒水，首先使养护膜中的高分子材料吸收储存大量水，然后在不透气面层的存在下，阻隔了水分向外界传输，保证了养护期间无需再次补水，最后高分子材料中吸收储存的水通过亲水性底层向混凝土缓慢释放水，使混凝土始终处于湿养护状态下。

1.2 各种养护方法的优缺点

1.2.1 养护剂养护优缺点

1.2.1.1 优点

（1）操作简单，施工方便；

（2）节约用水，节省人工；

（3）特别适用于干旱缺水地区混凝土养护，以及难以洒水养护的异形混凝土构件［10］。

1.2.1.2 缺点

（1）很难保证喷洒的均匀性，易漏喷；

（2）养护剂只能起到密封作用，不能额外补水，很难实现真正的保湿养护；

（3）有的养护剂薄膜在养护完成后不会自行老化脱落，需要粉刷的混凝土表面要进行清理；

（4）在夏季，薄膜成型后要采取防晒措施，否则易产生裂纹［11］；

（5）养护剂无法实现保温养护；

（6）不能重复使用，使用成本较高。

1.2.2 覆盖+洒水养护优缺点

1.2.2.1 优点

（1）操作简单、施工方便；（2）覆盖材料可以重复使用。

1.2.2.2 缺点

（1）需要大量的人力和淡水来保持覆盖物处于湿润状态，在严重缺水的地区要考虑养护用水的供应问题；

（2）当洒水养护的频次和水量得不到保证时，会形成干湿循环，引起混凝土收缩开裂，严重降低混凝土表面性能；

（3）适用范围有限，对于立面、异形面等非平面结构覆盖保湿比较困难，需增加洒水养护次数；（4）消耗较多人工、设备和水；（5）薄膜易破损。

1.2.3 节水保湿养护膜养护优缺点

1.2.3.1 优点

（1）操作简单、施工方便；

（2）节约用水，大量减少养护水量；

（3）节省人工、设备；

（4）部分产品可重复使用；

（5）早期混凝土强度增长较快；

（6）混凝土保温、保湿状态良好，有效减少了收缩裂纹；

（7）适用于干旱缺水地区混凝土养护。

1.2.3.2 缺点

（1）一次摊销成本较高，部分型号产品重复使用后可降低成本；

（2）混凝土面如有后续工序需冲洗清理保湿结晶体。

2 试验部分

2.1 原材料与配合比

水泥：金隅P.O42.5水泥；粉煤灰：普通Ⅰ级；矿粉：S95级粒化高炉矿渣粉；细骨料：河沙，细度模数为2.45；粗骨料：江苏镇江5～25 mm连续级配玄武岩碎石。

混凝土配合比：制备C50混凝土试件，配合比见表1。

表1 混凝土配合比 kg／m3

2.2 不同养护方法混凝土性能试验

2.2.1 混凝土试件制作

2.2.1.1 混凝土收缩率试件制作

按照表1的配合比成型100 mm×100 mm×515 mm的混凝土试件，共4组试件，每组3个试件。

2.2.1.2 混凝土强度试件制作

按照表1的配合比成型150 mm×150 mm×150mm的混凝土试件，共12组试件，每组3个试件。

2.2.2 混凝土试件养护

养护膜养护：1组收缩率试件和3组强度试件拆模后立即包覆已预先饱和吸水的节水保湿养护膜（以下简称为养护膜），胶带封边，置于20℃环境中进行养护。

覆盖洒水自然养护：将1组收缩率试件和3组强度试件置于20℃环境中进行覆盖土工布+洒水养护。

标养：将1组收缩率试件和3组强度试件放置在标养室进行养护，养护室温度控制在（20±2）℃范围，相对湿度在95%以上。

密封养护：将1组收缩率试件和3组强度试件抹平压光表面无水后喷洒混凝土养护剂，置于20℃环境中进行养护。

2.2.3 性能测试

2.2.3.1 混凝土收缩率

按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB／T 50082-2009）测试不同龄期的收缩率，测试情况见图1。

图1 不同养护条件下混凝土的收缩

从图1可以看出，覆盖+洒水条件下的混凝土收缩量最大，塑料膜密封条件下的次之，标养与养护膜养护的混凝土收缩量较小。其中采用养护膜养护的混凝土收缩微应变甚至低于标养条件下的混凝土收缩微应变。在温度基本一致情况下，养护环境湿度有较大不同，养护膜可以提供与标养相同甚至优于标养的湿养环境，抑制了混凝土的早期收缩。

2.2.3.2 混凝土强度

按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB／T 50082-2009）测试不同龄期的抗压强度。不同龄期试件抗压强度及与设计强度比较分别见表2、表3。

表2 不同龄期试件抗压强度值

表3 不同龄期试件强度与设计强度比值

从图2可以看出，不同养护条件下的混凝土在早期7 d的龄期时，养护膜养护试件强度最高，达到设计强度的92%，说明具有提高早期强度作用；28 d龄期时，养护膜养护试件的强度发展最快，达到设计强度的124%；从28 d至56 d，各组试件强度缓慢增长，养护膜养护试件的强度在56 d时达到设计强度的126%。每段龄期，养护膜养护的试件的强度都略高于标养试件，都为最高值。说明养护膜养护能提高早期混凝土强度，对混凝土的最终强度也有较大提高［12］。

图2 不同养护条件下混凝土的强度发展

3 养护膜现场应用测试

3.1 现场应用

在商合杭高铁某标段，对轨道底座板进行养护膜的现场应用试验。步骤如下：

清理：用扫帚清扫底座板表面浮浆和碎石，保证表面无污物。

洒水：先将底座板的凹槽中灌满水，然后一边洒水一边铺展养护膜，使膜充分吸水，膜内高分子材料呈连续的凝胶状。

铺设：根据底座板尺寸（宽2.9 m，高0.3 m），将3卷1.5 m宽的养护膜依次在底座板一端排开，搭接两处，每处宽25 cm，两侧各预留25 cm。

压沙袋：为防止养护期间养护膜被风吹起，影响养护质量，采用砂袋压在搭接处以及侧壁预留的养护膜上。

养护：连续养护14 d，无需再次浇水。连续观察，并测试内部温度、湿度。

如图3所示，14 d养护期间内，养护膜内可保证混凝土的内部湿润。

图3 养护膜贴覆状态

3.2 养护膜内部湿度、温度测试

养护期间内，定期测试养护膜内的温度、湿度，结果见表4。如表4可知，养护膜内温度、湿度均高于环境中的温度和湿度，养护膜内湿度均高于90%。此外，随着环境温度的升高，膜内的温度、湿度会随之升高。

表4 养护膜内温湿度

4 结论

（1）采用养护膜对混凝土进行养护，可以有效降低混凝土的收缩，达到标准养护的效果。

（2）养护膜对混凝土的强度发展速度有不同影响，早期能较快提高早期强度，后期最终强度也高于标养等养护条件下的混凝土。

（3）现场应用时，养护膜施工简单，只需一次洒水便可完成14 d的养护，相较于传统覆盖洒水养护方式，可节省大量养护用水和劳力设备。同时，养护膜内温度比环境温度有一定提高，湿度比环境湿度有较大提高，对混凝土强度提高有非常大的促进作用。

（4）采用养护膜养护混凝土工艺对混凝土收缩控制、整个龄期强度提高有显著的作用，具有很高的推广应用价值。