混凝土养护技术研究进展

文摘 2024-10-05 07:03 河南

混凝土是现代土木工程中使用最为广泛的材料，其性能优劣将直接影响整体建筑结构的安全性。混凝土质量不仅与配合比设计、浇筑施工有关，浇筑后温度和湿度等环境因素同样将制约混凝土性能的发展。例如，干燥的环境将加速混凝土内部自由水分的蒸发，从而引起混凝土干燥收缩开裂；过低的温度将严重影响混凝土的正常水化，而过高的温度又会导致混凝土失水过快从而对混凝土的性能发展造成一系列负面影响。研究表明，良好的温湿度条件可以有效地保证胶凝材料充分水化，抑制水化初期自由水的快速蒸发，从而保证混凝土强度的发展以及避免出现混凝土开裂、表面碳化等耐久性问题。在上述背景下，混凝土养护应运而生，并且已经成为混凝土施工必要环节之一，其核心要义即人为地创造有利于水化的温湿度条件。

目前，混凝土养护方式多种多样，各类养护的施工方法和养护效果也各不相同。本文根据养护机理的不同，将混凝土养护方式分为内养护和外养护，并从养护材料、施工方式、养护效果、养护成本等角度出发，分析了目前常用混凝土养护方式的优缺点，最后针对存在的问题，对养护技术的发展进行了建议和展望。

1 混凝土外养护

混凝土外养护是指通过改变外部环境的温湿度以保证混凝土的正常水化。由于混凝土外养护技术可实施性强，因此其成为各类工程中最为普遍使用的养护方式。目前，常见的外养护措施包括洒水养护、覆盖养护、养护剂养护、自粘式饱水养护膜养护。

1.1 洒水养护

洒水养护是最为简单的养护方式，定期洒水可以及时弥补混凝土水化初期蒸发的水分，从而有效抑制干燥收缩并保证混凝土强度性能和耐久性能的发展。但是，补水不及时会增加混凝土内部干湿循环次数，造成混凝土性能劣化。因此在某些工程中，横向结构甚至会采取蓄水养护以保证混凝土及时补水。然而，洒水养护和蓄水养护往往都会造成水资源浪费，特别是在北方干旱地区，以上两种养护方式更是难以实现。针对以上问题，技术人员开发了一套自动喷雾养护系统，可以起到定期定时养护的效果。该系统不仅减少了水资源浪费，还有效提高了养护效率。此外，水养护也存在局限性，在低温环境下，使用水养护不仅无法对混凝土起到较好的保温效果，而且容易造成冻融破坏，应当谨慎使用。

1.2 覆盖养护

覆盖养护是指在混凝土的表面进行覆盖处理，以此起到保温保湿的作用。常用覆盖物主要包括薄膜、草帘、土工布等材料。薄膜养护施工简单且材料成本较低，是工程中最常用的养护方式之一，薄膜覆盖可以有效阻止混凝土水分蒸发，促进混凝土内部正常水化。但是，薄膜一般不具有保温效果，特别是在低温环境下，温度同样是影响混凝土水化的关键因素。因此，在低温干燥环境下，一般采取土工布覆盖养护，并通过定期洒水保证混凝土湿度。该种养护方式同时兼具了保温保湿的养护功能，但是其施工过程相对复杂，材料使用成本较高。

1.3 养护剂养护

养护剂养护是指在混凝土表面喷洒一类可以阻隔空气的养护剂材料，以此达到对混凝土保湿养护的目的。该方式可以实现一次喷覆，终生养护的效果。外养护材料的发明起源于20世纪40年代，经过几十年的发展，目前形成了以无机类和有机乳液类为主的养护剂体系。

无机类养护剂的主要成分为水玻璃，并辅以活性渗透组分，该类养护剂喷覆到混凝土表面后，可以渗透到混凝土内层并发生化学反应，最终在混凝土表层形成一层致密的保护层，以避免混凝土遭受外界物质的侵蚀。但是该类材料保水性较差，不利于混凝土内部水分保持。

有机乳液类养护剂是以纯丙乳液、苯丙乳液为主要组分的养护材料，将其喷覆在混凝土表面后，可以形成一层致密且完整的高分子薄膜，有效阻止外部物质的侵蚀以及内部水分的蒸发。熊文等研究表明，相较于自然养护，使用纯丙乳液作为混凝土养护剂，可以提升15%的抗压强度，减小20%的碳化深度，起到较好的养护作用。

外养护剂养护可持续时间长、施工简单，在一些结构复杂，不利于覆膜洒水养护的工程场景具有很大的应用潜力。但是，该类养护方式不具有保温效果，限制了其在低温场景下的推广应用。

1.4 自粘式饱水养护膜养护

饱水养护膜是以可控高分子材料为核心，塑料薄膜为载体，可吸收自身重量几百倍水分的养护材料。该方法施工简单，可以以自粘的方式覆盖在混凝土表面，饱水后的养护膜不仅能够阻止混凝土内部水分蒸发，还可以通过毛细作用源源不断地为混凝土内部水化提供水分。徐勇等将饱水养护膜用于桥墩墩身养护，结果表明，混凝土带膜养护28 d后，膜内湿度依然可以达到96%以上，且饱水养护膜可以明显降低混凝土墩身的碳化深度，提升回弹强度。养护膜对回弹强度和碳化深度的影响见图1。程冠之等研究了该材料对C50混凝土收缩性能的影响，结果见图2，使用养护膜养护后混凝土收缩率与标准养护持平，明显优于自然养护和密封养护。此外，张建亮等研究表明，自粘式饱水养护膜的使用还可以有效地降低混凝土表面以及内部的降温速率，同时起到保湿保温的作用。养护膜对混凝土的保温作用见图3。自粘式饱水养护膜可同时满足保湿保温的需求，能够适用于各类工程场景中，但其使用成本较高，还需要进一步优化。

为确保工程质量，混凝土外养护技术已经在工程中随处可见。其中，不同外养护方式的优缺点不同，应用场景也各不相同。本研究对各类外养护技术的优缺点以及应用场景做了相关总结，如表1所示。

2 混凝土内养护

1991年，为解决高强混凝土养护效果差的问题，Philleo首次提出了从混凝土内部进行养护的方式，并提出了“内养护”的概念。内养护是指在混凝土拌和的过程中加入预吸水的材料，混凝土硬化后，该类材料可以持续提供水分促进胶凝材料充分水化，以此对混凝土起到整体养护的作用。目前，多孔轻集料（lightweight aggregate, LWA）和高吸水树脂（super absorbent polymer, SAP）是两种常用的内养护材料。

2.1 多孔轻集料

LWA是最先使用的内养护剂，常见的LWA材料包括沸石、浮石、多孔陶粒、膨胀珍珠岩等。研究发现，LWA可以有效降低混凝土的自收缩，但会对强度性能造成负面影响。唐慧等研究表明，用多孔陶砂取代15%的河砂，可以使混凝土的开裂性能得到明显改善，而强度性能下降近10%。王发洲等研究表明，使用轻集料内养护剂后，混凝土自收缩可以降低90%，而28 d强度降低30%。

总体来说，使用LWA作为混凝土内养护剂，可以有效抑制混凝土收缩开裂，性价比较高。但是，由于LWA材料密度较小，在混凝土拌和过程中容易上浮，因此对混凝土工作性能影响较大，同时，该材料的使用还存在降低混凝土强度的风险。

2.2 高吸水树脂

目前常用的SAP材料主要有聚丙烯酸钠、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物等。在亲水基团的作用下，该类材料可以吸收自重几百倍甚至上千倍的水。SAP三维网络结构图及溶胀图见图4。吸水后肿胀的三维网络结构能够有效地储存自由水，并在水泥水化的过程中逐步释放。SAP材料对混凝土自收缩开裂同样具有很好的抑制作用。

Lura等研究表明，水泥基材料的自收缩特性与SAP的掺量和粒径密切相关，当SAP掺量低于0.6%时，SAP颗粒越大，抑制自收缩效果越明显；而SAP掺量高于0.6%后，SAP颗粒粒径对抑制自收缩无明显影响。

关于SAP对混凝土强度的影响，不同的学者持有不同的观点。孔祥明等认为SAP释水会导致混凝土水胶比上升，并且释水收缩将在基体内留下大孔，从而导致混凝土强度下降。而刘成虎等研究表明，在低水胶比情况下，少量的SAP有利于混凝土强度发展，掺入后混凝土强度可以提高6%。对于工作性而言，由于吸水作用较强，SAP的直接掺入将导致混凝土流动性损失较快。马先伟提出了向新拌混凝土中加入预吸水的SAP，使用该方法后，混凝土工作性能表现良好，无不良影响。相较于LWA，SAP材料具有更加优异的养护效果，且能够对强度、工作性的负面影响起到一定的改善作用，但是成本价格较高限制了该类材料在工程中的应用。

3 结语

为保证施工质量，混凝土养护必不可少，工程实践已经证明，良好的养护对混凝土强度发展、体积稳定性以及耐久性的提升具有显著效果。目前的养护方式多种多样，且各自存在优缺点。

洒水养护施工方便，但是不适用于低温环境且养护效率较低，其在水资源丰富且温度较高地区应用较多。覆盖养护可同时兼具保湿保温功能，但是其施工复杂且养护成本较高，适用于高寒、干燥地区。养护剂养护施工简单且可持续时间长，但不具有保温效果且养护效果一般，适用于复杂结构部位养护。

自粘式饱水养护膜具有养护效果优异、兼具保温保湿效果、适用场景广泛的优点，具有巨大的应用潜力，但是其养护成本较高，需要进一步优化。

内养护具有施工方便、节水等优点，特别是对于高性能混凝土而言，内养护可以很好地改善由于自收缩导致的开裂问题，但是材料成本较高以及缺乏养护效果标准评价，制约了该类养护方式的应用。

为满足当下工程的需求以及适应未来建筑产业发展的需要，需要对混凝土养护方式进行更进一步的研究。

首先，已有的养护技术各有优缺点，而不同工程场景对养护的需求也不一致，养护应当根据不同的使用场景，扬长避短选择与之相匹配的养护方式。

其次，内养护在混凝土制备过程中即可实现，但是其对混凝土性能存在不确定性影响，需要通过更多的实验和工程论证。

再次，在养护方式上，可以考虑内养护和外养护共同结合使用，在内部补水和外部阻水的双重作用下，实现更加优异的养护效果。

最后，为应对未来智慧工地的发展趋势，应当进一步提升外养护剂养护作用，开发外养护剂智能化施工设备和工艺。

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