养护温度和湿度对长缓凝混凝土强度的影响

时间：2024-10-01

陈平

（天台博丰混凝土有限公司，浙江台州 317200）

0 前言

建筑技术的发展离不开新材料技术的推动，随着超长大体积混凝土结构工程的建设，对混凝土配制技术提出了更高的要求。大体积混凝土要求更低的水化放热量、较低的温升峰值以及更严格的养护条件，延长混凝土凝结时间成为了预防大体积混凝土开裂的常用手段[1]；通过控制外加剂中缓凝剂的用量或者外掺缓凝剂可以获得缓凝时间 15h 以上的混凝土。对于地铁咬合桩等[2]工程有时混凝土需要最长 72h 终凝时间，对混凝土工作性能和施工养护提出更高的要求。

混凝土工程质量不仅要求良好的混凝土工作性能，更重要的是混凝土交付工地后的养护措施，实际上往往比较重视前者，忽视甚至不进行养护，从而使得混凝土出现开裂、强度不足乃至混凝土耐久性下降等问题[3]。长缓凝混凝土强度发展相对缓慢，需要创造条件，加强混凝土后期养护，减少对早期混凝土扰动。温度和湿度是对混凝土养护影响较大的两个参数，二者均涉及到大气环境和混凝土表里的温度和水分交换，因此需要更多关注。本项目研究了养护温度和湿度对长缓凝混凝土强度的影响，以期为相关应用提供理论和实际参考。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）水泥采用海螺 P·O42.5 普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用Ⅱ级灰，需水比为 98%，烧失量 3.5%；矿粉采用 S95 级矿粉，比表面积 435m2/kg。水泥的主要性能指标见表1，粉煤灰和矿粉的化学组成见表2。

表1 试验用水泥的性能指标

表2 粉煤灰和矿粉的化学组成 %

（2）采用聚羧酸高性能减水剂（标准型），固含量为 15.6%，掺量根据实际确定。

（3）细骨料采用卵石机制砂，细度模数为 3.1，含粉量 9.0%；粗集料采用小石（5～10mm）和大石（10～5mm）按照一定比例使用，压碎值 10.0%。

（4）试验使用复合缓凝剂 R 调节混凝土凝结时间，其中 R 为白糖和普钠按照一定比例复合而成。

1.2 试验方法

（1）试验复合缓凝剂 R 掺入混凝土（以胶凝材料百分比添加），从而获得试验目标混凝土凝结时间。

（2）按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行混凝土坍落度、扩展度和凝结时间测试。

（3）按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》成型 100mm×100mm×100mm 混凝土试件，测定混凝土7d、28d 和 90d 的抗压强度。

2 试验结果及讨论

2.1 缓凝剂用量对混凝土工作性能和凝结时间的影响

要求混凝土可模型好，能适应不同形状的建筑结构，重要的就是混凝土具有良好的工作性能。加大缓凝用量可以降低水泥水化速率，使得水泥放热峰扁平化，起到延峰、削峰的作用[4]，从而影响水泥塑性的保持，对混凝土保坍性能带来影响。表3 和图1 为添加不同比例缓凝剂后混凝土工作性能的测试结果。

图1 缓凝剂掺量对混凝土凝结时间的影响

表3 结果显示，缓凝剂掺量增加对混凝土初始坍落度和扩展度有一定的改善作用，这是因为缓凝剂能够附着于水泥颗粒，降低水泥与自由水反应的势能，从而改善混凝土流动性；同时缓凝剂的加入对水泥水化起到部分抑制作用，从而使得混凝土塑性得以保持，混凝土经时坍落度损失降低，甚至在缓凝剂掺量在 0.21% 和0.3% 时，混凝土坍落度相比初始有返大滞后现象，此时缓凝剂对水泥水化抑制作用较为明显。

表3 不同缓凝时间对混凝土工作性能的影响

图1 中随着混凝土中缓凝剂用量增多，混凝土初凝和终凝时间延长，且缓凝剂用量增加，终凝和初凝时间的差值越大，这说明缓凝剂延长水泥水化进程，混凝土在缓凝剂过多时，形成水化产物的能力大幅降低，使得混凝土硬化变得困难。

2.2 养护温度和湿度对长缓凝混凝土强度的影响

良好的养护对于混凝土工程强度发展和耐久性十分关键，其中养护温度和湿度是养护制度的两个关键参数。通过设置两种温度（20℃、35℃），两种养护制度：室内干燥养护（相对湿度 50%±5%）和保湿养护（相对湿度≥90%）测试混凝土 7d、28d、90d 的抗压强度。

从表4 结果可以看出，养护温度和湿度无论对正常凝结混凝土还是长时间凝结混凝土来说都有较大影响。对于 12h 正常凝结混凝土，在相同养护温度时，保湿养护能够提升混凝土各龄期强度，而室内养护由于水分不足，混凝土内部与大气存在水气交换，混凝土内部水分通过内部孔隙蒸发，进一步增加了混凝土内部孔隙数量，使得混凝土强度降低。而提高养护温度则受混凝土养护湿度影响，水分充足时，高温养护可以提高混凝土7d 和 28d 抗压强度，而 90d 抗压强度低于 20℃ 保湿养护；干燥环境下，35℃ 温度混凝土各龄期强度均低于20℃ 干燥养护。这是因为干燥环境下，升高温度进一步加速混凝土内部水分散失，使得混凝土劣化加快。

表4 养护温、湿度对混凝土抗压强度的影响 MPa

对于长时间凝结混凝土而言，相同温度下，充足的湿养护环境可促进混凝土内部有序水化反应的进行[5]，使得水化产物均匀分布，长期水化得以持续，混凝土28d 和 90d 抗压强度得以提升，尤其对于 60h 凝结的混凝土，在长期水分补充下混凝土 90d 强度甚至超过 12h凝结混凝土 2.7MPa。而长时间凝结混凝土早期水化受到抑制，生成的水化产物较为分散，交联性较弱，在水分持续散失时内部结构变得疏松、致密性下降，进而强度下降明显。当水分充足，温度提高可以加速混凝土内部水化反应进程，使得混凝土内部生成排列紧密、均匀分布的水化产物，混凝土强度得以持续增长，甚至超过正常凝结混凝土，而干燥环境下，提高养护温度虽然使得混凝土 7d 抗压强度稍有提高，但对于混凝土 28d 乃至 90d 抗压强度发展极为不利。