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  • 早期养护对现代混凝土的重要意义

  • 发布时间:2016.03.04 新闻来源:淄博庄园混凝土有限公司-中国混凝土行业优秀企业 浏?#26469;?#25968;:
  • 张波1,张晓光2,孙启斌2  

    (1. 淄博庄园混凝土有限公司,山东 淄博 2550002.淄博市建筑工程质量监督站,山东 淄博255000

    (《商品混凝土》2010年第459-63页)

    摘要通过早期养护对混凝土强度、抗裂性、碳化性能、混凝土路面(地面)表层强度、夏(冬)期混凝土性能的影响及工程实践经验分析,充分说明早期养护对现代多组分混凝土性能实现的重要性。提出了针对不同环境、不同温度及具体工程情况需采取的早期养护措施,对进一步提高工程质量、避免或减少质量缺陷具有非常重要的现实意义。

    关键词:早期养护  强度  裂缝  路面(地面) 碳化   夏(冬)期浇筑   塑料薄膜覆盖

    0 前言

         混凝土性能的变化与周围环境有着很大的关系,好的环境可?#28304;?#36827;混凝土性能的发展,使其更好地服务于结构。恶劣的环境也可以使混凝土性能劣化,影响整个工程的质量。随着商品混凝土的蓬勃发展,现代混凝土已不是过去砂子、石子、水泥的简单组合,在混凝土生产中大多掺加了矿粉、粉煤灰及具有各种功能的外加剂,这些材料的加入都必须为其创造一个适宜的环境,才能使各种材料组合发挥出最佳性能。

         因此,混凝土浇筑完毕后,需要在一定时期内保?#36136;?#24403;的温度和足够的湿度,以满足混凝土的良好硬化条件。为满足这种硬化条件所采取的措施,称为混凝土的养护。温度、湿度及养护?#26377;?#30340;时间是混凝土养护的三大要素。混凝土性能早期变化较快,后期逐步平稳,这是混凝土性能依时间变化的一个基本规律。因此,早期养护对保证混凝土性能的实现有着特别重要的作用。

         然而,长期以来,养护的重要性并没有引起施工及监理人员的足够重视。由于受技术水平、质量意识及盲目赶超进度等因素的影响,混凝土?#35980;?#21040;科学、充分的养护,结果造成混凝土结构出现裂缝、强度低、耐久性差等质量问题,使混凝土不能发挥其应有的性能。

    本文从五个方面就早期养护对现代混凝土的重要性进行分析。

    1、对混凝土抗压强度的影响

         为了分析养护条件对混凝土强度的影响,我们分别选用C20、C25、C30、C40四种强度等级混凝土制作了150mm3试块,在四种不同养护条件下检测其28天抗压强度,结果如表1。

    表1混凝土力学性能

    序号

    养护条件

    室内温度(℃)

    室内湿度(%)

    设计强度等级

    C20

    C25

    C30

    C40

    28天抗压强度(Mpa)

    1

    标准养护

    20±2

    >98

    26.6

    31.0

    40.5

    53.1

    2

    标养3d,后放室内不养护

    20±3

    35~50

    21.8

    25.1

    34.0

    45.3

    3

    标养7d,后放室内不养护

    20±3

    35~50

    23.7

    27.3

    38.1

    49.1

    4

    拆膜后放室内不养护

    20±3

    35~50

    17.9

    21.3

    29.6

    39.8

         通过以上试验结果可见,混凝土试块成型后如不采取任何养护措施,其28天抗压强度可损失25%以上,且对低强度等级混凝土影响更大。这主要因为混凝土中掺加了矿粉、粉煤灰,混凝土强度增长缓慢,而低强度等级混凝土早期强度更低,混凝土密实度不够,这时混凝土如?#35980;?#21040;保湿养护,内部水分更易散失,影响其水化反应,从而使强度大大降低。

        通过以上试验结果还可看出,如能保证7天标准养护,则混凝土28天抗压强度基本能达到标准养护的90%左右,?#20197;?#26089;期的养护对混凝土影响越大。

        以上是采用试块试验得出的结果,在不能充分养护的情况下,对混凝土试块的影响比对混凝土结构物的影响要大。工程结构物实体体量大,内部混凝土强度下降要小于试块,但对表层混凝土及一些薄壁结构物强度影响仍较大。

    2、对混凝土抗裂性能的影响

         在自然环境下,混凝土将产生一些体积变形,当内外混凝土体积变形不一致时,混凝土有可能产生开裂。混凝土开裂与否取决于内外变形差异大小与混凝土的抗裂能力。如果前者大于后者,混凝土将出现开裂,如果后者大于前者,混凝土则不开裂。要提高混凝土的这种早期抵抗能力,对混凝土进行较好的早期养护是十分重要的。大多数的混凝土开?#35759;?#21457;生在塑性收缩阶段,水泥水化引起混凝土体积收缩,由于失水后?#35980;?#21040;及时保湿养护而使混凝土产生开裂。

        最典型的就是在干燥、高温季节现浇混凝土楼板的开裂问题,每年的春季由于干燥、风大,是现浇楼板裂缝的多发季节。裂缝的形式主要有两种,一?#36136;?#34920;面不规则的浅表性裂缝,这种裂缝是在混凝土初凝后,水化速度加快,混凝土?#35980;?#21040;及时的保湿养护,由于失水而产生收缩裂缝,这与混凝土的砂率、水灰?#21462;?#22349;落度等关系不大。另一种裂缝则是贯穿至板底的深度裂缝,且多沿布筋方向。这种裂缝的产生多是由于混凝土初凝前未实施保湿措施,混凝土初凝后开始出现裂缝,施工人?#26412;?#23545;出现的裂缝实施拍打、抹压,这时混凝土未终凝,正是强度发展最快、最脆弱的时期,由于施工人员的踩踏,混凝土受到内部钢筋的剪切作用而出现顺筋裂缝。形成贯穿性裂缝的另一种原因就是为了抢进度,过早往板面?#31995;?#25918;架管、钢筋、砖等物体,同样是在混凝土强度发展最脆弱的时期,在荷载作用下使混凝土受到内部钢筋的剪切作用而出现顺筋裂缝。过早的荷载造成混凝土结构受损,再长的养护期也不能弥补早期的结构损伤。这种顺筋贯穿性裂缝不仅造?#30722;?#38754;渗水,而且可导致内部钢筋的锈蚀,最终将对混凝土耐久性造成?#29616;?#24433;响。

         这两种裂缝解决的最好办法,就是保证混凝土振捣、抹面完成后,确保初凝前在混凝土板面上覆盖一层塑料薄膜保湿养护,最好是边抹面边覆盖(图1),在混凝土强度?#21019;?#21040;1.2Mpa前(春秋季一般30h,夏季一般20h,冬季一般48h以上),确保混凝土板面不上人及吊放物体,使混凝土能有足够时间产生抵抗混凝土变形的早期强度。近年来由于我们积极与客户交流、沟通及监理、施工人员认识的提高,现浇混凝土楼板施工采取以上早期保湿养护措施后已基本解决了裂缝问题。

         另外还有两种容易产生结构裂缝的情况与混凝土早期养护不当具有直接关系。一?#36136;?#22823;体积混凝土浇筑时随着厚度的增加,水泥水化速度加快,内外温差加大,混凝土初凝时间提前,这时应确保在混凝土初凝前即覆盖一层塑料薄膜保湿及覆盖棉毯保温(保温的目的是为了使混凝土内部温度平稳散发)养护,保证混凝土不因失水过快及内外温差过大而产生裂缝。另一种容易产生裂缝的部位是较长的连续墙体,施工单位为了减少模板运转周期或不怠工,混凝土浇筑后不到20小时,甚至有的不到12小时模板就拆除了。混凝土表面?#35980;?#21040;及时、充分的湿养护,混凝土早期收缩过大而产生开裂。混凝土墙体不宜过早拆模,早期有模板附着在混凝土表面可起到保湿作用(这是针对施工现场拆模后不能及时养护的一种无奈选择,其实最好是在混凝土终凝后即拆模,然后充分保湿养护至少三天或拆模后立即涂刷养护剂)。

         以上所述新浇筑混凝土的这些特点导致了混凝土容易变形、产生内应力,而引起开裂。混凝土浇筑后,要防止混凝土表面受环境因素影响(如风?#24608;?#26292;晒、气温骤降等)而引起激烈变化,及时养护就是为混凝土提供一个良好的环境,使混凝土能够进行正常的水化反应,产生早期强度,以提高混凝土抵抗各种变形的能力,防止或减少因早期干燥收缩和温度收缩而产生开裂。

         

    图1随抹压随覆盖塑料薄膜浇筑混凝土楼板      图2 随抹面、压光随覆盖塑料薄膜浇注混凝土地面

    3、对“双掺”混凝土路面(地面)表层强度的影响

        随着商品混凝土的发展,现在大、中城市中混凝土路面(地面)工程,基本由现场搅拌改用商品混凝土来浇筑。商品混凝土由于采用罐车运输的特点,坍落度比现场搅拌生产的混凝土要大,且混凝土中一般掺加了矿粉、粉煤灰。这种情况下,要想避免由于混凝土路面(地面)面层强度降低而造成起砂、起粉现象,在商品混凝土满足强度要求的前提下,更要重视混凝土的施工及养护过程控制。

       针对此类问题,我们进行了大量的工程跟踪检查。通过分析我们认为主要从以下四个方面控制,可很好的解决混凝土路面(地面)起砂、起粉现象。

       (1)严格控制混凝土坍落度在80±20mm范围。坍落度过大,即水胶比增大,混凝土强度?#24067;?#38477;低,混凝土表面更易起砂。

       (2)施工振捣,采用平板振动器、振动梁或振动棒,保证混凝土振捣密实。使混凝土不因振捣不实而强度降低,同时使混凝土内部充水空间尽量减小,避免混凝土在冬季因天气寒冷,吸水过大,冻融循环造成混凝土表面破?#24608;?/P>

       (3)混凝土板做面。第一步先找平抹平,待混凝土表面无泌水时(最?#35980;?#29992;真空吸水工艺),先用带有浮动?#25165;?#30340;重型抹面机粗抹一遍,将混凝土表面浮浆抹进混凝土内,然后用带有振动?#25165;?#30340;轻型抹面机或人工细抹一遍,最后人工压光抹平,保证混凝土表面密实度。采用抹面机抹平及人工抹面压光过程中严禁在混凝土板面上洒水。

       (4)混凝土板面养护。混凝土地面面层一般采用压光成型,混凝土路面面层一般采用拉毛、压痕或?#27631;?#25104;型。混凝土地面压光成型、混凝土路面拉毛或压痕后应随即覆盖一层塑料薄膜(图2),塑料薄膜覆盖养护3天内应禁止人员行走,使混凝土面层得到最早期的保湿养护,后期应浇水养护至14天。这对提高混凝土面层强度可起到至关重要的作用。路面(地面)浇筑施工早期不宜采用浇水养护,由于商品混凝土大都掺加了矿粉、粉煤灰,混凝土早期强度增长缓慢,如采用浇水养护,过早由于混凝土表面强度低,面层易被水浸泡剥落,而等到面层具有一定强度(不易掌握)再浇水养护,这时时间一般偏晚,由于早期失养混凝土表面强度将会大大降低,这在干燥、高温季节将更为?#29616;亍?#22312;冬季施工,如混凝土板面不能保证早期保温养护,使混凝土板面受?#24120;?#37117;可造成混凝土板面起砂、起粉现象。

        从以上分析的四个方面控制措施看,前三方面措施与养护无关,且是很关键的,但混凝土板面的早期养护对避免混凝土路面(地面)起砂、起粉现象也是至关重要的,必须认真做好的。

       现在用户使用商品混凝土浇筑路面、地面,很多告诫商混企业不要掺加粉煤灰。因为他们认为混凝土中掺加粉煤灰是造成混凝土路面、地面起砂的主要原因。产生这种看法的依据是以前现场搅拌的混凝土不掺加粉煤灰及其它混合材,混凝土很少有起砂、起粉现象。现在商混中掺加混合材,很多出现了起砂、起粉质量问题。以前现场搅拌混凝土不掺加混合材,混凝土坍落度小,混凝土强度增长快,混凝土内部水分散失少,对养护条件相对要求低一点。商品混凝土掺加混合材,坍落度比现场搅拌大,且从强度和控制混凝土坍落?#20154;?#22833;考虑,可能会掺加少量减水剂,这都使商品混凝土早期强度增长缓慢,在这期间如不能保证充分的湿养护,混凝土极?#36164;?#27700;使混凝土表面强度降低,而造成起砂、起粉现象。

    4、对混凝土碳化的影响

        通常情况下,混凝土空隙中充满了由于水泥水化反应产生的Ca(OH)2饱和溶液,其碱度很高,PH值在11以上。这种碱性介质对钢筋有良好的保护作用,使钢筋表面沉积一层致密的、难溶的Fe2O3、Fe3O4和Fe(OH)2薄膜,称为钝化膜,它可保护钢筋不被腐蚀。而当空气中的CO2与混凝土中的Ca(OH)2反应,生成中性的CaCo3后,混凝土即碳化。碳化后的混凝土PH?#21040;?#20302;,对钢筋的保护作用减弱。

        影响混凝土碳化速度的因素很多,但主要还是混凝土的密实度,即抗渗性能,它影响CO2在混凝土内的扩散速度。混凝土越密实,外界气体只能作用于混凝土表面而向内?#21487;?#36879;比较困难,混凝土碳化速度就会非常缓慢。

        随着混凝土技术的进步,大量矿粉、粉煤?#20063;?#21152;到混凝土中,不仅使大量工业废?#31995;?#21040;利用,同时改善了混凝土的许多性能。但随着大量掺合料的掺入,混凝土的碱度下降,如再不能保证早期养护,混凝土表层强度、密实度下降,将使混凝土碳化速度加快。

        在大量的工程实体回弹检测中发现,同期采用相同混凝土浇筑的柱与墙体部位,柱拆膜后及时缠裹一层塑料薄膜保湿养护,其60天碳化深度一般在1.5mm以内;而墙体部位拆膜后不采取任何养护措施,或养护不及时、时间过少,其60天碳化深度大都会超过3.0mm,?#20197;?#20302;强度等级混凝土碳化越?#29616;兀?#30899;化深度可达5.0mm以上,其实质还是混凝土表层强度、密实度低所至。混凝土碳化过快,碳化深度过大不仅?#29616;?#24433;响混凝土对钢筋的保护作用,也使采用回弹法检测混凝土强度的准确?#28304;?#22823;降低。

        采取及时养护的混凝土表层强度高,而不养护的结构部位,表层强度低,用磨石可很轻松地将混凝土打磨掉,混凝土表面粉化现象?#29616;亍?#36825;些部位混凝土碳化速度都快,这与混凝土早期养护不足具有直接的关系。

    5、对夏、冬期浇筑混凝土性能的影响

        (1)夏季气温高,混凝土早期强度增长快,同时混凝土中的水分蒸发速度也快,大量水分的蒸发将会影响胶凝材料的水化,从而影响混凝土最终强度及各?#20013;?#33021;的发展。大量水分很快失去,不仅产生较大的干缩变形,且在混凝土强度不高的情况下发生,极易造成混凝土的开裂。因此夏季混凝土浇筑施工尤其要注意早期保湿养护,切不可使混凝土暴晒失水,这将对混凝土的强度及各项性能造成无法挽回的损失。根据不同部位混凝土浇筑后应及时采取覆盖塑料薄膜、喷刷养生液或覆盖棉毯、草帘反复洒水保湿养护。

       (2)冬期混凝土浇筑施工,在保湿养护的同时,浇筑完毕后早期的保温养护更加重要。据有关资料介绍,混凝土成形后立?#35789;芏常?#20854;强?#20154;?#22833;率高达30%~70%,水灰比越大,强?#20154;?#22833;?#35797;?#39640;。受冻前标准养护时间越长,强?#20154;?#22833;越小。因此,我国《建筑工程冬期施工规程》对冬期浇筑的混凝土受冻前应具有的最低强度——临界强度作了规定。

        采用?#20309;路?#20859;护的混凝土,当室外最低气温不低于-15℃时不得小于4Mpa,当室外最低气温不低于-30℃时不得小于5Mpa。

        因此,严冬季节混凝土浇筑后应及时采取可靠有效的保温措施,使混凝土受冻前得到很好的预养,尽快达到临界强度,才可使混凝土免受冻害。

        现场施工人员有一种不正确的认识,就是冬期混凝土生产已掺加防冻剂,不必再覆盖保温或不必及时覆盖,这是及其错误的。如上所述,《冬施规程》规定,?#35789;?#24050;掺加防冻剂的混凝土,也要采取预养措施,覆盖保温,使混凝土达到临界强度后才可免受冻害。况且受混凝土价格及成本因素的影响,有的混凝土生产企业防冻剂往往达不到有效掺量或者采用劣质防冻剂。混凝土遭受冻害后,内部将产生微裂纹,集料界面出现松动,混凝土与钢筋的粘结力、抗渗性、抗冻性等耐久性指标均下降。

        一般来说,日最低气温-5℃以上,混凝土中掺加早强剂后,采取一般的覆盖保温措施后,混凝土遭受冻害的可能性较小。但当日最低气温在-5℃及以下时,除混凝土生产严格足量掺加防冻剂外,混凝土浇筑后必须及时采取有效的保?#36335;?#25252;措施,才可避免混凝土遭受冻害。如现浇板、路面(地面)等混凝土裸露部位应在浇筑振捣、抹压后立即覆盖一层塑料薄膜及多层棉?#20445;?#26609;、墙部位在混凝土浇筑前,将棉毡?#32570;?#28201;材料缠裹在模板外面等,这些措施都是非常必要和有效的。

        冬期混凝土浇筑施工仍然要保湿养护,如采用塑料薄膜覆盖及涂刷养护剂等措施。有人认为冬期浇筑混凝土,气温低,水分蒸发慢,可不用考虑保湿养护,这种认识是极其错误的。冬期混凝土强度增长缓慢,但它仍然需要一定的湿度才能保证正常水化,如不采取任何保湿措施,混凝土表面水分散失,那最终混凝土表面强度会大大降低。保温、保湿养护方法及措施很多是公用的,如塑料薄膜覆盖?#32570;?#28201;又保湿。但不易覆盖的如墙体等部位,拆模后应及时涂刷养护液保湿养护。

    6、结论

        随着现代商品混凝土及绿色高性能混凝土的发展,混凝土中材料越来越多样化,混凝土配制、生产技术越来越复杂,同时对混凝土的早期养护提出了更高的要求。

        国家规范规定,混凝土湿养护时间不得少于7d,掺加缓凝剂、矿渣粉、粉煤灰及防水混凝土不得少于14d,现在多数工程都做不到。根据多年来工程实际工作经验,正常气温条件下能保证3~7d湿养护,混凝土性能基本能保证。关键是前3天,?#19994;?天最关键。如果第1天失水过多,形成的缺陷过于?#29616;兀?#37027;么以后的湿养护再怎么充分,对已形成的缺陷也无法弥补。

        通过以上五个方面早期养护对混凝土各项性能的影响分析,使我们认识到许多质量缺陷甚至质量事故,是由于混凝土浇筑后没有得到及时、有效的早期养护造成的。配制、生产的混凝土自身质量固然重要,但仅有浇筑成?#22303;?#22909;的混凝土,而不能给予混凝土科学、有效的养护,特别是早期养护,则混凝土就不能发挥它应有的性能。

       该篇论文2014年10月28日在深圳召开的,?#23665;?#31569;材料工业技术情报研究所、中国硅酸盐学会科普工作委员会、商品混凝土?#21448;?#31038;、深圳市水泥及制品协会联?#29616;?#21150;的“2014中国商品混凝土行业可?#20013;?#21457;展论坛”上,被评为“2004-2014《商品混凝土》十年优秀论文二等?#34180;薄?/B>

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