湿养护方式对混凝土表面电阻率影响的试验研究

牛维宏，徐 清，党玉栋，宋进平，张 凯，马 忍

(1.昆明理工大学 建筑工程学院，云南 昆明 650504；2.云南省建筑科学研究院 云南省建筑结构与新材料企业重点实验室，云南 昆明 650223)

0 引 言

湿养护方法对混凝土的水化反应、强度发展以及耐久性等方面有重要影响，且越接近混凝土表面，影响程度越大[1-2].随着湿养护时间的增长，混凝土微观结构会不断地细化发展，宏观性能也会不断增强[3].若混凝土早期养护不良，质量达不到要求，会对结构的强度和耐久性造成很大的危害[4].有研究表明[5]，混凝土强度随着湿养护时间的增长而增大，若湿养护不足，后期强度会停止发展甚至倒缩.Beushausen[6]研究了养护时间对混凝土收缩性能的影响，结果表明，延长养护时间可以减缓混凝土收缩，且降低收缩率.叶青等[7]针对混凝土湿养护时间对抗碳化能力的影响进行了试验研究，结果表明，随着混凝土湿养护时间的减少，其抗碳化能力会明显降低.混凝土中钢筋腐蚀速度受多种因素影响，其中主要的影响因素为混凝土保护层的电阻率[8].混凝土保护层密实度越高，其电阻率越大，使得钢筋腐蚀得不到充足的氧气，锈蚀速度减小[9].有研究表明[10]，混凝土早期湿养护不足，水泥的水化产物未完整形成，使得混凝土的孔隙率增加，耐久性变差，进而使得钢筋腐蚀速度加快，降低钢筋混凝土耐久性.

在施工现场中，混凝土的湿养护一直被忽视，有研究表明[11]，混凝土表面电阻率是一个电学参数，其反映了每单位长度混凝土阻挡电流的能力，属于混凝土表层性能.表面电阻率对表层混凝土湿度变化极为敏感，李美利等[12]研究了混凝土电阻率在不同湿度条件下随深度的变化情况，结果表明，环境相对湿度越低，混凝土表面电阻率越高.而湿养护对表层混凝土湿度有直接影响，在不同湿养护方式下混凝土表层水分耗散程度不同，导致其表层湿度不同.

本文对C30无筋混凝土及C30钢筋混凝土的表面电阻率在不同湿养护方式下，随养护龄期的增长进行测试，以揭示不同湿养护方式对混凝土表面电阻率的影响规律.

1 试验设计

1.1 试验用原材料

水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥，骨料选用云南本地碎石，混合砂(山砂∶机制砂=4∶6).其性能指标如表 1～表 3 所示.

表 1 泥物理性能

表 2 细骨料性能指标

表 3 天然碎石性能指标

1.2 试验配合比

试验用混凝土试件强度等级为C30，配比如表 4 所示.

表 4 C30混凝土配比

1.3 试件成型及养护

根据表 4，制作成型C30无筋混凝土和钢筋混凝土试件.其中，无筋混凝土试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm.钢筋混凝土试件尺寸为450 mm×350 mm×60 mm，混凝土试件的几何尺寸以及配筋情况如图 1 所示，钢筋之间采用绑扎连接.

图 1 钢筋混凝土试件的尺寸及配筋图

混凝土试件成型后，在表面覆盖一层塑料薄膜，于室温(20±5)℃环境下静置1 d后拆模，拆模后将无筋混凝土试件与钢筋混凝土试件分别置于表 5 所设计的养护方式下进行养护.

表 5 C30混凝土试件的养护方式

1.4 表面电阻率试验

试验采用电阻测试仪Resitest-400M对混凝土表层电阻率进行测试，表面电阻仪测试原理如图 2 所示，Resitest-400M通过使外面两个电极通过电流来测量两个内部电极上产生的电压，并将表层电阻率显示在主机上.

图 2 表面电阻仪原理图

测试时，将电阻测试仪wenner探头沿混凝土4个侧表面(除了浇筑面及浇筑面对立面)的对角线进行测量，试件表面电阻率测试如图 3 所示，每个面量取两个电阻率数据，将平均偏差超过±15% 的数据舍弃，取剩余测试值的平均值为测量值.

图 3 混凝土试件表面电阻率测试图

2 试验结果及分析

2.1 无筋混凝土试验结果及分析

用表面电阻测试仪对表 5 中不同湿养护方式下无筋混凝土不同龄期的表面电阻率进行测试，所得试验结果如图 4 所示.

图 4 不同湿养护方式下无筋混凝土表面电阻率随龄期的变化

从图 4 可以看出：

1)自然干燥养护下的无筋混凝土表面电阻率随着养护龄期的增长，变化幅度最大；而标准养护与28 d洒水盖膜养护下的无筋混凝土表面电阻率随养护龄期增长，变化幅度较小且趋于平缓.

2)在持续洒水3 d，持续洒水7 d、持续洒水14 d的养护方式下，处于洒水期间时，无筋混凝土表面电阻率随养护龄期增长的变化情况比较接近，介于自然干燥养护和标准养护及28 d洒水盖膜养护之间；当停止洒水后，无筋混凝土表面电阻率增长幅度显著加大.

其原因是，在水化初期，液相离子的导电作用占主导地位，电阻率较小；在水化后期，随着混凝土表层水的消耗，液相离子的导电作用逐渐转化为液相离子与固相电子传导的共同作用，结构逐渐密实，混凝土表层电阻率逐渐变大[12].由于混凝土表面含水率是决定其表面电阻率的主要因素，在混凝土凝结硬化过程中，表层水分变化的最主要原因是蒸发和水化[13-14].凝结硬化初期，新制试样表层混凝土水分含量较多，表面水分的蒸发保持类似恒定速率，一段时间后表层水分含量较低，从而逐步限制蒸发速率，使得蒸发速率随着龄期增长而减小，混凝土表层蒸发失水导致水分的相对含量变小；同时因水泥水化作用，部分水作为反应物被消耗，进而混凝土表层水分含量降低，表面电阻率随着龄期的增长而增加.

混凝土表面电阻率在不同湿养护方式下的变化幅度不同，当试件处于标准养护或28 d洒水盖膜养护的条件时，表层区域混凝土所接触的环境潮湿度较高，环境湿度越大，表层混凝土孔隙的饱水率就越高[15]，因此随龄期增长混凝土表面电阻率变化的幅度小且较为平缓.自然干燥养护下的试件，受环境影响表层水分蒸发速率变大，并且水泥水化消耗部分水，使得水分丧失较多，导致混凝土表面电阻率变化幅度最大.当试件处于短期持续洒水养护下时，初期混凝土由于水化反应与蒸发失水使表层自由水减少，但通过洒水对水分进行了补充，洒水使得混凝土表面湿度增大，表面电阻率较小.一旦停止洒水，处于自然干燥环境后，表层水分因水化作用和蒸发，丧失较快又得不到及时补充，则混凝土表面电阻率增长幅度显著加大.

2.2 钢筋混凝土试验结果及分析

用表面电阻测试仪对表 5 中不同湿养护方式下钢筋混凝土不同龄期的上表面和底面(图1所示)电阻率分别进行测试，所得试验结果如图 5 所示.

图 5 不同湿养护方式下钢筋混凝土表面电阻率随龄期的变化

从图 5 可以看出：

1)养护方式和钢筋保护层厚度均会对混凝土表面电阻率产生影响.

2)无论何种养护方式，相同龄期试件上表面所测得表面电阻率比试件底面所测得表面电阻率大.

3)相同龄期钢筋混凝土试件同一侧面，干燥养护方式下所测表面电阻率均比盖膜养护方式下所测表面电阻率大.

钢筋混凝土的电阻主要受混凝土保护层的厚度以及钢筋与基体间的界面电阻的影响[16]，而试件上表面距钢筋网的距离大于底面距钢筋网的距离，即上表面保护层厚度大于底面保护层厚度.在钢筋混凝土中保护层作为钢筋的保护屏障，阻碍了水分与氯离子等腐蚀物质进入混凝土内部腐蚀钢筋表面[8]，随着混凝土保护层厚度的增加，混凝土内部钢筋锈蚀速度减小，当混凝土保护层较小时，部分腐蚀物质容易进入混凝土内部造成钢筋锈蚀，使得保护层的密实度减小，进而使混凝土保护层电阻降低，混凝土表面电阻率减小，所以相同养护方式下，混凝土表面电阻率随着混凝土保护层的增大而增加，即相同龄期试件底面电阻率小于上表面电阻率.

保护层厚度对混凝土表面电阻率会产生影响，但混凝土表层水分是否充足对其表面电阻率的影响作用较大.混凝土表层含水率是决定其表面电阻率的主要因素[12]，当混凝土试件处于干燥养护方式时，表层混凝土接触环境湿度低，混凝土表层水分散失较快，使得表层混凝土含水率低，电阻率变化大；在盖膜养护方式下，用塑料膜覆盖以减少混凝土表面的水分蒸发，使得表层混凝土所处环境湿度保持较高，表面电阻率的变化幅度较小.所以，干燥养护方式下相同龄期钢筋混凝土试件同一侧面所测表面电阻率均比盖膜养护方式下所测表面电阻率大.

3 结 论

1)湿养护时间与无筋混凝土和钢筋混凝土表面电阻率呈负相关，湿养护时间越长，混凝土表面电阻率变化幅度越小.

2)保护层厚度对混凝土试件表面电阻率有一定影响，但混凝土表层水分是否充足对其表面电阻率的影响较大.

3)混凝土在湿养护充分的条件下，表面电阻率随养护龄期的增长，其变化幅度较小且变化相对平缓.