高性能混凝土是采用低水灰比,高质量的原材料,配以合理用量的高效外加剂而成。由于其结构致密,可加工性好,耐久性好,体积稳定性好而具有优异的物理机械性能,高性能混凝土在重大工程中应用越来越广泛,而对高性能混凝土的产品质量控制难度较大,要求较高。目前高性能混凝土强度最常用的测定方法是将试件在标准条件下养护28d后进行强度试验,但因该测定方法试验周期长,不能及时预报施工过程中的质量状况,不利于加强质量管理,研究早期推定混凝土强度的试验方法,从而快速判定混凝土质量显得十分必要。对于混凝土强度快速测定,传统快速测定方法主要针对普通混凝土,对于高性能混凝土测定不一定能适用。本文详细分析高温高压养护环境下高性能混凝土抗压强度的变化规律,为高性能混凝土在工程中的推广应用奠定基础。
高性能混凝土要求有一定的强度,并且有很高的密实度但是并不一定要有很高的强度。高性能混凝土对其加工性能要求很高,因此混合料必须有很高的流动性。同时,泵送的混凝土、自密实的混凝土也表现出了较好的自密实。
高性能混凝土具有较长的使用寿命。在某些特定部位采用特定的养护工艺时,其受控因素主要是耐久性,而非强度。高性能混凝土的使用目标是保证其在50~100年的使用寿命。
高性能混凝土体积稳定度高,要求其在早期养护时,水化热越小,而在后期则要求其收缩变形越小。高性能混凝土的制备,以其较小的水灰比、充足的矿物质微细掺合料、超塑化剂等为特征,获得了优良的技术性能。但是,这种方法也带来了严重的缺点:易产生自干性和脆性因此,采用高性能混凝土材料,不仅可以提高混凝土的耐久性,而且还可以降低工程造价。
高性能混凝土的早期强度发展很快,一般3d和7d就可达到60%的结构强度。所以,为了尽早进行高性能混凝土的养护是非常重要的。一般情况下,高性能混凝土浇筑完毕后进行养护,以保证高性能混凝土表面的湿润。保存期至少14d。不得将新浇筑的高性能混凝土暴露在外。为简化设计,将高性能混凝土的全养护划分为初养护和湿润养护两个阶段。
2.1 常规养护
高性能混凝土在湿润状态下,一般都是通过喷洒或保持水分的方式来进行,或者用湿砂布、湿袋布等。在低温条件下浇注的高性能混凝土,一般都会向密封件内注入水蒸气,以保持水分。在太阳照射的情况下,湿润养护的效果一般要好于裸露在外的湿润养护。在无水条件下,采用不透水性塑料薄膜或保水剂制成的封闭薄膜进行保温与养护,是一种较好的保温与养护方式,但需在封闭薄膜前使高性能混凝土表层保持湿润。
在拆掉模子或拆掉保温罩后,若表层温度骤降,将导致混凝土开裂。只有在部分混凝土的温度逐步下降后,防护装置才能被拆除。由于室内外混凝土温差较大,混凝土表面极易产生开裂,因此不宜快速降温。由于是干保温,所以要有充足的湿气。
2.2 炎热环境下的养护
高性能混凝土的早龄期强度高于普通混凝土。但是,随着时间的推移,高性能混凝土的强度增长速度逐渐加快,而高性能混凝土的强度增长速度也逐渐加快。因而,对高性能混凝土进行高温养护是不可取的。在养护过程中,应根据构件尺寸、水泥用量、水灰比、环境条件以及高温等因素,采用如下方法对高性能混凝土进行温度控制:降低高性能混凝土的浇注温度;覆盖优良的隔热材料;在温度较低的条件下浇注混凝土;对新浇注的混凝土裸露的表面进行覆盖。
2.3低温(负温)环境养护
在温度较低的情况下,应采用不透光塑料薄膜或使用喷雾养护液进行自然养护。在浇筑完混凝土后,要及时用塑料薄膜、秸秆等材料加以保暖,避免混凝土出现冻裂现象。保温顶棚采用玻璃纤维、海绵橡胶、纤维素、矿棉、乙烯泡沫以及氨基甲酸乙醋泡沫塑料。在较冷的气候环境中,为便于维修,还需提供更多的热量,以维持10~15℃的温度加热线圈,手提式循环加热器或水蒸气都可以被用来提供所需要的热。
(1)原材料。水泥等级:PII52.5;矿粉等级:S95;粉煤灰:F类二级;细集料:粒度系数为2.3的河砂;粗集料:花岗岩碎石的粒度为5~20mm,玄武岩的粒度为5~16mm;本品为一种综合性能优良的聚羚酸类减水剂(稍加缓调),其减水率可达26%,固体含量可达19.8%。
(2)试验方法。以普通C80级混凝土为原料,采用玄武岩、花岗岩两种砂砾,制备了不同粒径的砂砾混凝土。对照组试件是经过28d的标准养护进行抗压强度:试验组成型24h脱模后将样品移至120℃的高压蒸压锅中,在0.1MPa蒸压条件下进行24h、48h、72h的养护。当试件自然降温到室温时,用《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测试。
不同高温、高压条件对高性能混凝土抗压强度的影响如下:高性能混凝土分别在120℃温度0.1MPa蒸压条件下持续养护24h、48h、72h后的抗压强度见表1。
由表1可知,不论花岗岩石料或玄武岩石料,在120℃的温度0.1MPa蒸压条件下养护24h后,其抗压强度达到标准养护强度的67.6%和70.6%;当持续保持高温高压条件进行养护48h和72h后,其强度与24h养护相比持续提高,花岗岩混凝土强度为标准养护强度的81.6%和87.5%:玄武岩碎石混凝土强度提高分别为79.6%和86.1%;整体而言,花岗岩碎石混凝土28d标准养护条件下强度略低于玄武岩碎石混凝土,在采用高温高压养护条件下花岗岩与玄武岩碎石混凝土强度都明显增大,而且与标准条件养护相比,其增长幅度相差不明显,最终的72h强度值两者相差不大。研究表明:在该养护条件下,与骨料的类型关系不大;主要是在120℃的温度下,花岗岩、玄武岩、河砂等矿物骨料,各矿物的峰型、峰强均未发生显著改变,矿相中的晶态水分流失及微量碳酸盐岩未能发生分质解所致。但与养护时间有着显著关系,随着养护时间变长,混凝土强度还能逐渐提高,说明在此温度范围内,水泥水化产物非但不会被破坏,反而会加速水化过程,并与外加剂发生火山灰反应,使得高性能混凝土结构更加致密,抗压强度得到显著提升。
强度是混凝土作为结构材料最根本的指标,而测定和控制混凝土的强度是生产过程中质量管理的关键。长期以来,人们一直采用28d标养抗压强度作为评定混凝土等级的标准。但是随着现代化大规模快速施工的发展和计算机在生产管理过程中的应用,人们越来越感觉到28d强度存在试验周期过长的缺点。随着当前大量工程项目对混凝土性能要求越来越高,高性能混凝土在重大工程中应用越来越广泛,而高性能混凝土在产品质量控制难度更大要求更高,传统快速测定方法主要针对普通混凝土,对于高性能混凝土测定不一定能适用。高性能混凝土相比于普通混凝土因在原材料性能、材料配合等方面差别较大,尤其是掺人了较多掺合料和外加剂,对产品的稳定性又要求非常高,生产中任何环节发生变化都可能影响到产品质量;面对更加苛刻的质量检测标准,混凝土生产企业迫切需要通过快速测定混凝土强度,了解产品的质量并及时调整材料配比,确保应用于工程中混凝土质量符合要求。开展高性能混凝土的快速测定方法研究,对于混凝土生产企业加强混凝土质量管理,及时预报生产过程中的质量状况,调整混凝土配合比,以及充分利用水泥和外掺料的活性,保证工程中混凝土的配制强度具有非常重要的指导意义。
本文针对传统混凝土养护方法存在试验周期长,不能及时预报施工过程中的质量状况等突出问题,分析了工程现场中常见混凝土的几种养护环境,提出了采用120℃的温度0.1MPa蒸压条件下进行快速养护的方法,并进行对比试验研究,分析影响混凝土强度的主要因素,经过研究表明,该方法能够适用于高性能混凝土强度的快速推定,对于快速预测高性能混凝土强度和质量有重要的参考价值。