浅谈混凝土养护措施

浅谈混凝土养护措施

摘 要:本文简述了混凝土养护的作用,并总结归纳了目前混凝土养护的方法。在分析当前混凝土早期裂缝日趋严重的现象的基础上,探讨传统养护方法的局限性,并进一步探究了混凝土早龄期养护措施,即在浇筑之后及时实施早期养护,同时实施必要的温度控制。

关键词:混凝土;养护;早龄期;

1.混凝土养护作用

混凝土养护是混凝土施工的主要内容之一,对保证混凝土强度等性质以及确保工程质量具有重要意义。混凝土在成型后,其强度发展历程取决于其中的胶凝材料在水化期间所处的温度、湿度环境和水化的龄期,同时还与胶凝材料的组成和水胶比有关。因此,为保证混凝土的强度发展,防止混凝土因失水而表面脱皮、松散、产生干缩裂缝等现象的发生,需要实施必要的养护措施,即将混凝土置于一定的温度、湿度环境之中,并保持一段时间。

对应混凝土结构形式的不同,混凝土通常实施的养护方式也有不同。在实际的施工现场,随着施工环境温湿度、日照、风速、地理位置、施工人员水平和管理手段等因素的变化,实际采取的养护措施和养护效果往往不同,混凝土强度的发展有着较大的差异。

2.混凝土养护方法

2.1. 标准养护

标准养护是指按规范要求,在温度20±3℃、相对湿度在90%以上的条件下进行养护。对混凝土试件进行标准养护,是测定混凝土强度的关键。

2.2. 自然养护

混凝土在自然条件下(气温不低于5℃),采取浇水湿润、防风防干的方法进行养护。水平方向混凝土的养护可采用湿麻袋、苇席、锯末、湿砂等覆盖物覆盖,垂直方向混凝土的养护可采用人工洒水、压力喷洒等方法。

开始洒水养护的时间,一般在浇筑后12-18h。在炎热夏季,为防止初期温度过快升高产生表面裂缝,还可采用隔温被的方法。养护时间的长短取决于混凝土浇筑时的气温和水泥品种。当平均气温在10℃左右时,硅酸盐水泥混凝土不得小于14天,其它水泥混凝土不得少于21天,如果是大体积混凝土养护的时间需长一些,一般不小于28天,有温控要求的混凝土应按有关规范要求进行。从混凝土强度要求考虑,一般强度达70%R28才可停止养护。

自然养护具有简便易行、节约能源的特点,中、小型水工混凝土施工多采用此法养护。

2.3. 蓄热法养护

蓄热法养护是指混凝土在养护期间用保温材料加以覆盖,使混凝土始终保持在一定温

度。这种方法在平均气温不低于-10℃、混凝土表面率(表面积与体积比)小于5时较为适宜,多在住宅冬季施工中应用,若配合热水养护效果更佳。

2.4. 热养护

热养护是利用外界热源加热混凝土而加速水泥水化反应的方法,也称加速硬化养护法。此法又分为以下几种:

2.4.1.加热养护

加热养护往往在蓄热养护达不到目的时采用。可分为暖棚法、蒸汽加热法、干湿法、加压蒸汽法等。

暖棚法:利用保温材料搭成暖棚,把整个构件或结构围起来,保证棚内有较高温度,棚内加热可采用装设蒸汽管,也可直接生火炉提高棚内温度。

蒸汽加热法:利用蒸汽加热,使混凝土得到较高温度和湿度,在湿热环境中加速水泥水化来达到加速硬化的目的。蒸汽养护分为4个阶段进行,即预养期、升温期、恒温期与降温期。

干湿热养护法:即混凝土成型后不需延长预养期和限制升温,待混凝土初始结构强度增至能承受饱和蒸汽养护造成的应力时,即可转入湿热升温及恒温阶段。混凝土成型后先干燥1h,然后高温养护4-5h,混凝土强度可达R28的70%以上。这是因为混凝土成型后在高温低湿升温期内水分和气体向外迁移,因脱水适宜而产生干缩变形提高了混凝土的致密程度,使混凝土初始结构强度迅速增长,控制了混凝土升温高湿热膨胀产生的破坏。

加压蒸汽养护法:为获得较高强度的混凝土,将尚未凝结的混凝土用机械直接增加压力,或置于高压容器内,并在加压情况下快速升温进行蒸汽养护。

电热法:将钢筋、钢板、铁片插入混凝土中,或附于模板上,利用新混凝土导电和电阻大的性能,通过低压电流,对混凝土加热。木模用插入式,钢模用附着式。对于附着式电热法,只要线圈间距适宜,不会发生钢模翘曲现象。此法工艺复杂,要注意安全。

2.4.2.辐射热养护

此法分为以下两种:

太阳能热养护法:在混凝土表面覆盖一层吸热物体,搭设通光集热保温罩进行混凝土养护。此法与自然养护比较,可缩短养护周期。

红外线养护法:利用发热体改变表面状态提高辐射强度,使被加热制品吸收辐射热提高内部温度。另外模板和介质也吸收热量,最终以对流和传导的方式再次传递给制品一部分,使制品内部温度进一步提高,加速水泥水化,促进混凝土内部结构的形成。用远红外线加热养护混凝土制品,混凝土内部温度高,养护时间短,抗压强度高,且节约能源。

2.5. 冷养护

混凝土在气温低于5℃时制作称为低温混凝土施工(冬季施工),这时混凝土强度增长很慢。如遇到基础混凝土施工,就要采取水浸低温养护。冬季水浸养护最低水位要采取超

过混凝土最高表面0.4-0.8m加冰层厚,混凝土冻点为-2℃,而冰水临界水温为0℃,冰层下水温一般为4℃,在1-4℃的条件下,水浸养护的混凝土7天可达到设计标号R28的40%,14天可达到50%,90天可满足强度要求。

2.6. 蓄水养护

蓄水养护方法对一些大体积构筑物最为普遍采用。该方法是将水管安放在混凝土表面或局部进行连续浇水,保持水流从水管流到混凝土面。可以用抽水机或虹吸装置进行,也可以用砂土等堆在混凝土表面或四周进行灌水,保持混凝土在水面以下,以达到完全浸入水中进行养护。这种方法省时省力,但需要配备一定的设备和材料。

2.7. 薄膜养护和模板养护

薄膜养护用一层薄膜覆盖在混凝土表面,使混凝土表面不失水、不干燥,使其原有水分或水化作用生成的水进行自养,达到养护的目的。该方法适用的条件,首先保证气温不低于10℃,亦不高于35℃,另外,混凝土表面不能被污染。

模板养护的原理与薄膜养护相同,即无须过早拆模,防止混凝土失水及阳光干晒。

3.混凝土早龄期养护措施

3.1. 混凝土早期裂缝问题

在混凝土工程技术在不断取得进步的同时,一些问题也暴露出来:如一些大坝、桥面板在浇筑后2-3天内就出现了贯穿性裂缝;许多现浇梁、板在刚拆除模板,甚至浇筑后6-12小时内就出现了不同程度的裂缝。这些现象很大程度上是由混凝土早期过大的收缩造成的。早期微裂缝在很大程度上是后期宏观裂缝的源头,对结构耐久性甚至安全性造成危害。

早期裂缝问题日趋严重有其客观必然性,是同混凝土工程技术发展过程中材料组成的变迁、施工工艺的革新、结构体形的演变、使用环境的拓展等背景密切相关的。

从材料的角度看,现代混凝土自身的组分发生了很大的变化:水灰比越来越小,单位体积水泥用量不断增加,水泥细度不断减小,新型早强水泥的生产应用,包括高效减水剂在内的各种化学外加剂的应用,磨细掺合料,尤其是硅灰,的使用。在传统混凝土不断朝着高强、高性能方向发展的同时,却使得混凝土早期的放热和收缩增加,这是导致现代混凝土早期开裂趋势日益增大的客观因素。

从施工工艺的角度看,泵送施工增加了水泥用量、砂率、坍落度,现浇成型又提高了养护的难度,这些都加剧了混凝土早期裂缝的出现;而一些施工单位对现场养护缺乏足够的重视,甚至片面地追求工程进度,这又为早期裂缝的出现增加了主观因素。

从结构体型的角度看,混凝土体量越来越大,结构形式日趋复杂,这为混凝土的早期体积稳定性增加了一些不确定因素。

从使用环境的角度看,随着工程建设的深入,对混凝土结构本身的要求也在不断提高,如要求结构承受更为严峻的环境(海洋环境、高温环境、干湿交替环境),这更使得控制早

期开裂面临更大的挑战。

混凝土养护的三要素是湿度、温度及养护时间。下面,将从这些方面简述为减少混凝土早期收缩引起的开裂而采取的早龄期养护措施。

3.2. 混凝土养护时间

3.2.1. 养护开始时间

GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》(以下简称《质量规范》),第7.4.7条第一款规定,应在浇筑完毕后的12h内对混凝土加以覆盖并保湿养护。从规范的条文内容可见,所规定的养护时间只是保湿养护的最迟开始时间,且并没有涉及养护的持续时间及结束时间,只是根据水泥品种或使用功能笼统的规定养护的最少时间。对混凝土的保湿养护,只要能保证在浇筑完毕后的12h内开始,就可认为满足了规范的要求,12h的时间间隔既包含混凝土的塑性状态,也包含其到达终凝变为固体状态,何时开始进行养护的弹性很大。传统做法是在浇筑完毕后12h左右开始浇水养护,这对于水泥强度等级较低、水泥用量不大、早期水泥水化程度偏低、自收缩可忽略不计或自收缩较小的塑性混凝土而言,可能是适宜的,但对于现代混凝土,就有可能不适宜了。

混凝土自收缩的大小取决于内部干燥程度、弹性模量及徐变系数的大小。混凝土早期,特别是初凝后的1天之内,其弹性模量很低、徐变系数很大,因此内部干燥程度是决定自收缩变形的主要因素。在混凝土初凝前后对其表面进行湿润养护,可使养护水与混凝土中的毛细孔水分连为一体,以供给混凝土内部胶凝材料的水化。然而,随着混凝土中水泥的进一步水化,将促进毛细管孔的细化,当毛细管孔壁阻力超过其内部的表面张力时,水分则不能继续向混凝土内部迁移。由此可见,早期补水而缓解内部干燥,可以很好的抑制混凝土的早期自收缩。开始养护时间越晚,毛细孔管孔的半径便变得越小,补水时要求的外加压力就越大,养护也就越困难。而补水供给一旦停止,混凝土的自干缩收缩变形就有可能促使混凝土开裂。

混凝土的自收缩从其初凝前就已开始,早期发展迅速,1天之内可完成大部分,以后则迅速衰减,最终的收缩可达到(0.025-0.050)×10-3,同时还随混凝土水胶比的减小而增大,并随其温度的提高而增加。此外,随着混凝土强度的不断增长,混凝土开裂时的极限应变则逐渐而明显地下降,由成型后2h的4.0×10-3可下降至6-12h的最低值0.04×10-3。而这一时间段,即为混凝土开裂的风险期。如果按《质量规范》规定,以传统习惯的浇筑后12h左右开始保湿养护,其时间显然已大大滞后于混凝土开裂的危险期。因此,规范所规定的最迟开始养护时间显然已不适于现代混凝土的要求,很有必要将混凝土开始浇水保湿的时间大大提前。在混凝土浇筑完毕初凝前后就应浇水养护,但以不致人为冲坏混凝土表面为限,以保证混凝土尽早及时具备充足的补水供给条件,这不仅有利于混凝土早龄期强度的发展, 也有利于后期强度的发展。随着混凝土强度等级的提高, 其抗渗透性增强导致水分传输困难,因此及时地进行早期养护尤为必要,以免发生塑性收缩、自收缩和干燥收缩的共

同叠加作用。

3.2.2. 养护持续时间

《质量规范》第7.4.7条第二款规定,对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,浇水养护不得少于7天,对于掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,不得少于14天。这里需要指出的是,规范所规定的时间是浇水保湿养护的最少时间,而没有指出浇水保湿养护的持续时间或终止养护时间。

研究分析和实践证明,浇水养护时间过长,并不能保证混凝土性能的持续提高,而且由于水泥水化程度的提高,反而可能使混凝土的不可逆收缩增大;水泥凝胶中如若水泥全部水化,其生成物在使水泥石强度增长的同时,还会使其产生极大的收缩,严重时甚至可引起开裂。正如混凝土中的骨料起稳定体积的作用一样,水泥石中需要有一定数量的未水化水泥颗粒,或掺入一些其它惰性材料来稳定其体积。因此,浇水保湿养护的持续时间并不是越长越好,盲目延长浇水养护时间加强养护的做法并不可取的。

养护时间与混凝土的组成及配合比、环境温度和湿度、养护方法和风速等诸多因素有关。其中,混凝土的水胶比是一重要因素。水胶比较小时,虽然需要及早加强外部补水供给,但浇水保湿养护的持续时间则可以相对缩短一些;水胶比较大时,需要的养护时间长一些。这可能与各自渗透性稳定所需时间及渗透性大小(即水分蒸发难易程度及蒸发速度大小)有关。然而,对掺有矿物掺合料粉煤灰的混凝土,情况又不同,当水胶比较小而相对湿度也较小时,因掺入化学反应较慢的粉煤灰,其表面的吸附水很容易蒸发而造成混凝土开裂。粉煤灰的抗裂作用与其强度发展一样,只有在低水胶比下加强浇水保湿养护中才能充分发挥出来。浇水保湿养护的时间不但要延长,而且补水供给必须充分且忌间断;对于掺有缓凝型外加剂及对抗渗性有要求的混凝土,正如《质量规范》要求那样,保湿养护时间应予延长,且不应少于14天。

3.3.混凝土养护的温度控制

3.3.1. 混凝土养护阶段的温度与应力的发展

混凝土浇筑成型后,其内部的约束应力是

温升温降产生的膨胀拉应力或收缩压应力与自

收缩应力叠加后的结果。可把混凝土从搅拌开

始直至开裂分成五个不同的时间阶段。

第Ⅰ阶段为混凝土从开始搅拌到浇筑成型

的不长时间,一般为3-6h。此时水泥水化刚刚

开始,混凝土处于半流动状态和塑性状态,基

本可认为混凝土处于初始浇筑温度T0左右。

第Ⅱ阶段为混凝土开始升温至混凝土凝结

硬化、内部约束压应力开始产生时的时间t01

止。此阶段混凝土仍处于塑性阶段,内部处于零应力状态。由于混凝土的水化热而使其产生膨胀,待至t01所对应的温度T01时,受到变形约束的混凝土开始产生压应力,t01称为第一零应力时间,T01称为第一零应力温度。这一阶段一般要经过3-6h。

第Ⅲ阶段从第一零应力时间t01开始,直至混凝土达到最高温度T3的时间t3为止。此阶段随着水泥水化热的急剧释放,随之温度也急剧上升,混凝土的热膨胀受到约束作用所产生的约束压应力,也从零开始并迅速增大到最大值。从曲线中可以看出,由于混凝土徐变及自收缩的影响,在混凝土达到最高温度T3的时间t3之前,混凝土内部的压应力早已开始下降。在图中则显示为最高温度T3出现时对应的时间t3,并不与最大压应力产生的时间相对应。

第Ⅳ阶段从最高温度T3对应的时间t3开始,直至混凝土内的压应力降至第二零应力温度T02的时间t02为止,T02称为第二零应力温度,t02称为第二零应力时间。此阶段混凝土仍处于受压状态,此阶段以后混凝土则从受压状态转变为受拉状态。但此阶段结束前混凝土仍处于温度很高的第二零应力温度T02以上。

第Ⅴ阶段从第二零应力时间t02开始,直至混凝土致裂温度Tc的时间tc为止。若tc时混凝土的约束拉应力已增大至混凝土的实时抗拉强度,混凝土则要开裂。第二零应力温度T02通常高于混凝土的初始浇筑温度T0,致裂温度Tc有时也可能高于初始浇筑温度T0。也就是说,不等到混凝土内部温度回降至初始浇筑温度T0,而在此前便已达到了第二零应力温度T02,也可能不待降回至初始浇筑温度T0,混凝土就已经开裂。由于实际工程中所遇情况可能千变万化,上述混凝土内部典型的温度与应力发展曲线,可能与实际工程之间存一定差异,但仍具有指导混凝土养护控制的实际意义。

3.3.2. 混凝土各养护阶段的冷却和保温

当混凝土处于第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段时,应对处于半流动状态和塑性状态的混凝土进行冷却处理,以降低混凝土的初始浇筑温度T0及最高温度T3。混凝土的初始浇筑温度是混凝土最高温度的重要组成部分,对于处于半流动状态和塑性状态的第Ⅰ阶段及第Ⅱ阶段的混凝土进行冷却处理,则会在降低最高温度的同时,也相应降低了混凝土的致裂温度,从而提高了混凝土抵抗冷缩开裂的能力。

第Ⅲ阶段的混凝土,此时正处于升温阶段,混凝土内部为受压状态,在此阶段对混凝土也可继续施以上一阶段相同的冷却降温处理,一般还不至于改变整个混凝土断面上的应力受压状态。但是,如果向混凝土表面浇以和环境温度的温差太大的冷水,则可能会使混凝土表面温度急速冷却而造成混凝土断面上的温度梯度骤升,从而引起混凝土“热震”。所以应在混凝土温度处于第一零应力温度T01之前,也就是处于第一零应力时间t01之前尽早降温冷却混凝土。虽然在此第Ⅲ阶段对混凝土冷却降温,也可以相应降低最高温度和致裂温度,但在此升温阶段必须注意防止混凝土内外温差过大和温度梯度的骤升而引起的表面裂缝产生。这一阶段的浇水养护和冷却降温处理要小心谨慎,不可盲动,切忌间断浇水,

并在混凝土处于最高温度时不可浇以与环境温差过大的养护水,更不可急剧猛浇,应以小水漫淋为宜。

第Ⅳ阶段和第Ⅴ阶段的混凝土,正处于降温阶段,此时应采取灵活可靠的措施,以“外保温内缓降”的养护原则进行温度控制。在混凝土降温阶段对其实施保温处理,其目的之一是减少混凝土内部的热量散失,以降低断面上的温度梯度和内外温差;其目的之二是通过延缓混凝土的散热时间,使之能够有效而充分的发挥强度的增长潜力,并使混凝土的松弛和徐变作用得以充分发挥,其内部的拉应力也得以相应减小。与此同时,随混凝土龄期的增长,其抗拉强度明显提高,也可防止和减少混凝土开裂。

混凝土表层的温度梯度是制约混凝土表面裂缝产生的重要原因之一;大气环境温度的升降,影响着混凝土内部断面上温度梯度的大小,而其温度变化的陡缓,也必然影响混凝土表面与大气环境温度之间温度变化的陡缓。工程实践证明,温度变化是混凝土结构的一个非常重要而复杂的荷载,温度梯度的陡缓可以看作是对混凝土“加荷速度”的快慢,从而可对混凝土力学性能产生重大影响。气温骤降可以导致混凝土拉应力和弹性模量的急剧增加,从而使混凝土的极限拉伸值减小。反之,气温缓降可以看作是对混凝土的慢速加荷,可以导致混凝土拉应力和弹性模量比快速加荷时有所减小,从而使混凝土的极限拉伸增加。不论是以内约束为主的结构,还是以外约束为主的结构,通过外保温内缓降都可避免或减少混凝土的开裂。

4.总结

在了解了混凝土养护的作用及其方法之后,针对目前混凝土早期裂缝日趋严重的现象进行了进一步分析:

应当及时实施早期养护,在混凝土浇筑完毕初凝前后就应浇水养护,但以不致人为冲坏混凝土表面为限,以保证混凝土尽早及时具备充足的补水供给条件;

为保证混凝土结构断面上的温度梯度、升温速率、降温速率适宜,并且具有较小的最高温度和致裂温度,应在混凝土于半流动状态及塑性阶段实施冷却处理,而在最高温度时加以覆盖并开始保温。

参考文献

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土,2007(05):30-32.

[5] 周富荣.养护对混凝土早期收缩和开裂的影响[D].浙江大学,2006.

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浅谈混凝土养护措施

摘 要:本文简述了混凝土养护的作用,并总结归纳了目前混凝土养护的方法。在分析当前混凝土早期裂缝日趋严重的现象的基础上,探讨传统养护方法的局限性,并进一步探究了混凝土早龄期养护措施,即在浇筑之后及时实施早期养护,同时实施必要的温度控制。

关键词:混凝土;养护;早龄期;

1.混凝土养护作用

混凝土养护是混凝土施工的主要内容之一,对保证混凝土强度等性质以及确保工程质量具有重要意义。混凝土在成型后,其强度发展历程取决于其中的胶凝材料在水化期间所处的温度、湿度环境和水化的龄期,同时还与胶凝材料的组成和水胶比有关。因此,为保证混凝土的强度发展,防止混凝土因失水而表面脱皮、松散、产生干缩裂缝等现象的发生,需要实施必要的养护措施,即将混凝土置于一定的温度、湿度环境之中,并保持一段时间。

对应混凝土结构形式的不同,混凝土通常实施的养护方式也有不同。在实际的施工现场,随着施工环境温湿度、日照、风速、地理位置、施工人员水平和管理手段等因素的变化,实际采取的养护措施和养护效果往往不同,混凝土强度的发展有着较大的差异。

2.混凝土养护方法

2.1. 标准养护

标准养护是指按规范要求,在温度20±3℃、相对湿度在90%以上的条件下进行养护。对混凝土试件进行标准养护,是测定混凝土强度的关键。

2.2. 自然养护

混凝土在自然条件下(气温不低于5℃),采取浇水湿润、防风防干的方法进行养护。水平方向混凝土的养护可采用湿麻袋、苇席、锯末、湿砂等覆盖物覆盖,垂直方向混凝土的养护可采用人工洒水、压力喷洒等方法。

开始洒水养护的时间,一般在浇筑后12-18h。在炎热夏季,为防止初期温度过快升高产生表面裂缝,还可采用隔温被的方法。养护时间的长短取决于混凝土浇筑时的气温和水泥品种。当平均气温在10℃左右时,硅酸盐水泥混凝土不得小于14天,其它水泥混凝土不得少于21天,如果是大体积混凝土养护的时间需长一些,一般不小于28天,有温控要求的混凝土应按有关规范要求进行。从混凝土强度要求考虑,一般强度达70%R28才可停止养护。

自然养护具有简便易行、节约能源的特点,中、小型水工混凝土施工多采用此法养护。

2.3. 蓄热法养护

蓄热法养护是指混凝土在养护期间用保温材料加以覆盖,使混凝土始终保持在一定温

度。这种方法在平均气温不低于-10℃、混凝土表面率(表面积与体积比)小于5时较为适宜,多在住宅冬季施工中应用,若配合热水养护效果更佳。

2.4. 热养护

热养护是利用外界热源加热混凝土而加速水泥水化反应的方法,也称加速硬化养护法。此法又分为以下几种:

2.4.1.加热养护

加热养护往往在蓄热养护达不到目的时采用。可分为暖棚法、蒸汽加热法、干湿法、加压蒸汽法等。

暖棚法:利用保温材料搭成暖棚,把整个构件或结构围起来,保证棚内有较高温度,棚内加热可采用装设蒸汽管,也可直接生火炉提高棚内温度。

蒸汽加热法:利用蒸汽加热,使混凝土得到较高温度和湿度,在湿热环境中加速水泥水化来达到加速硬化的目的。蒸汽养护分为4个阶段进行,即预养期、升温期、恒温期与降温期。

干湿热养护法:即混凝土成型后不需延长预养期和限制升温,待混凝土初始结构强度增至能承受饱和蒸汽养护造成的应力时,即可转入湿热升温及恒温阶段。混凝土成型后先干燥1h,然后高温养护4-5h,混凝土强度可达R28的70%以上。这是因为混凝土成型后在高温低湿升温期内水分和气体向外迁移,因脱水适宜而产生干缩变形提高了混凝土的致密程度,使混凝土初始结构强度迅速增长,控制了混凝土升温高湿热膨胀产生的破坏。

加压蒸汽养护法:为获得较高强度的混凝土,将尚未凝结的混凝土用机械直接增加压力,或置于高压容器内,并在加压情况下快速升温进行蒸汽养护。

电热法:将钢筋、钢板、铁片插入混凝土中,或附于模板上,利用新混凝土导电和电阻大的性能,通过低压电流,对混凝土加热。木模用插入式,钢模用附着式。对于附着式电热法,只要线圈间距适宜,不会发生钢模翘曲现象。此法工艺复杂,要注意安全。

2.4.2.辐射热养护

此法分为以下两种:

太阳能热养护法:在混凝土表面覆盖一层吸热物体,搭设通光集热保温罩进行混凝土养护。此法与自然养护比较,可缩短养护周期。

红外线养护法:利用发热体改变表面状态提高辐射强度,使被加热制品吸收辐射热提高内部温度。另外模板和介质也吸收热量,最终以对流和传导的方式再次传递给制品一部分,使制品内部温度进一步提高,加速水泥水化,促进混凝土内部结构的形成。用远红外线加热养护混凝土制品,混凝土内部温度高,养护时间短,抗压强度高,且节约能源。

2.5. 冷养护

混凝土在气温低于5℃时制作称为低温混凝土施工(冬季施工),这时混凝土强度增长很慢。如遇到基础混凝土施工,就要采取水浸低温养护。冬季水浸养护最低水位要采取超

过混凝土最高表面0.4-0.8m加冰层厚,混凝土冻点为-2℃,而冰水临界水温为0℃,冰层下水温一般为4℃,在1-4℃的条件下,水浸养护的混凝土7天可达到设计标号R28的40%,14天可达到50%,90天可满足强度要求。

2.6. 蓄水养护

蓄水养护方法对一些大体积构筑物最为普遍采用。该方法是将水管安放在混凝土表面或局部进行连续浇水,保持水流从水管流到混凝土面。可以用抽水机或虹吸装置进行,也可以用砂土等堆在混凝土表面或四周进行灌水,保持混凝土在水面以下,以达到完全浸入水中进行养护。这种方法省时省力,但需要配备一定的设备和材料。

2.7. 薄膜养护和模板养护

薄膜养护用一层薄膜覆盖在混凝土表面,使混凝土表面不失水、不干燥,使其原有水分或水化作用生成的水进行自养,达到养护的目的。该方法适用的条件,首先保证气温不低于10℃,亦不高于35℃,另外,混凝土表面不能被污染。

模板养护的原理与薄膜养护相同,即无须过早拆模,防止混凝土失水及阳光干晒。

3.混凝土早龄期养护措施

3.1. 混凝土早期裂缝问题

在混凝土工程技术在不断取得进步的同时,一些问题也暴露出来:如一些大坝、桥面板在浇筑后2-3天内就出现了贯穿性裂缝;许多现浇梁、板在刚拆除模板,甚至浇筑后6-12小时内就出现了不同程度的裂缝。这些现象很大程度上是由混凝土早期过大的收缩造成的。早期微裂缝在很大程度上是后期宏观裂缝的源头,对结构耐久性甚至安全性造成危害。

早期裂缝问题日趋严重有其客观必然性,是同混凝土工程技术发展过程中材料组成的变迁、施工工艺的革新、结构体形的演变、使用环境的拓展等背景密切相关的。

从材料的角度看,现代混凝土自身的组分发生了很大的变化:水灰比越来越小,单位体积水泥用量不断增加,水泥细度不断减小,新型早强水泥的生产应用,包括高效减水剂在内的各种化学外加剂的应用,磨细掺合料,尤其是硅灰,的使用。在传统混凝土不断朝着高强、高性能方向发展的同时,却使得混凝土早期的放热和收缩增加,这是导致现代混凝土早期开裂趋势日益增大的客观因素。

从施工工艺的角度看,泵送施工增加了水泥用量、砂率、坍落度,现浇成型又提高了养护的难度,这些都加剧了混凝土早期裂缝的出现;而一些施工单位对现场养护缺乏足够的重视,甚至片面地追求工程进度,这又为早期裂缝的出现增加了主观因素。

从结构体型的角度看,混凝土体量越来越大,结构形式日趋复杂,这为混凝土的早期体积稳定性增加了一些不确定因素。

从使用环境的角度看,随着工程建设的深入,对混凝土结构本身的要求也在不断提高,如要求结构承受更为严峻的环境(海洋环境、高温环境、干湿交替环境),这更使得控制早

期开裂面临更大的挑战。

混凝土养护的三要素是湿度、温度及养护时间。下面,将从这些方面简述为减少混凝土早期收缩引起的开裂而采取的早龄期养护措施。

3.2. 混凝土养护时间

3.2.1. 养护开始时间

GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》(以下简称《质量规范》),第7.4.7条第一款规定,应在浇筑完毕后的12h内对混凝土加以覆盖并保湿养护。从规范的条文内容可见,所规定的养护时间只是保湿养护的最迟开始时间,且并没有涉及养护的持续时间及结束时间,只是根据水泥品种或使用功能笼统的规定养护的最少时间。对混凝土的保湿养护,只要能保证在浇筑完毕后的12h内开始,就可认为满足了规范的要求,12h的时间间隔既包含混凝土的塑性状态,也包含其到达终凝变为固体状态,何时开始进行养护的弹性很大。传统做法是在浇筑完毕后12h左右开始浇水养护,这对于水泥强度等级较低、水泥用量不大、早期水泥水化程度偏低、自收缩可忽略不计或自收缩较小的塑性混凝土而言,可能是适宜的,但对于现代混凝土,就有可能不适宜了。

混凝土自收缩的大小取决于内部干燥程度、弹性模量及徐变系数的大小。混凝土早期,特别是初凝后的1天之内,其弹性模量很低、徐变系数很大,因此内部干燥程度是决定自收缩变形的主要因素。在混凝土初凝前后对其表面进行湿润养护,可使养护水与混凝土中的毛细孔水分连为一体,以供给混凝土内部胶凝材料的水化。然而,随着混凝土中水泥的进一步水化,将促进毛细管孔的细化,当毛细管孔壁阻力超过其内部的表面张力时,水分则不能继续向混凝土内部迁移。由此可见,早期补水而缓解内部干燥,可以很好的抑制混凝土的早期自收缩。开始养护时间越晚,毛细孔管孔的半径便变得越小,补水时要求的外加压力就越大,养护也就越困难。而补水供给一旦停止,混凝土的自干缩收缩变形就有可能促使混凝土开裂。

混凝土的自收缩从其初凝前就已开始,早期发展迅速,1天之内可完成大部分,以后则迅速衰减,最终的收缩可达到(0.025-0.050)×10-3,同时还随混凝土水胶比的减小而增大,并随其温度的提高而增加。此外,随着混凝土强度的不断增长,混凝土开裂时的极限应变则逐渐而明显地下降,由成型后2h的4.0×10-3可下降至6-12h的最低值0.04×10-3。而这一时间段,即为混凝土开裂的风险期。如果按《质量规范》规定,以传统习惯的浇筑后12h左右开始保湿养护,其时间显然已大大滞后于混凝土开裂的危险期。因此,规范所规定的最迟开始养护时间显然已不适于现代混凝土的要求,很有必要将混凝土开始浇水保湿的时间大大提前。在混凝土浇筑完毕初凝前后就应浇水养护,但以不致人为冲坏混凝土表面为限,以保证混凝土尽早及时具备充足的补水供给条件,这不仅有利于混凝土早龄期强度的发展, 也有利于后期强度的发展。随着混凝土强度等级的提高, 其抗渗透性增强导致水分传输困难,因此及时地进行早期养护尤为必要,以免发生塑性收缩、自收缩和干燥收缩的共

同叠加作用。

3.2.2. 养护持续时间

《质量规范》第7.4.7条第二款规定,对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,浇水养护不得少于7天,对于掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,不得少于14天。这里需要指出的是,规范所规定的时间是浇水保湿养护的最少时间,而没有指出浇水保湿养护的持续时间或终止养护时间。

研究分析和实践证明,浇水养护时间过长,并不能保证混凝土性能的持续提高,而且由于水泥水化程度的提高,反而可能使混凝土的不可逆收缩增大;水泥凝胶中如若水泥全部水化,其生成物在使水泥石强度增长的同时,还会使其产生极大的收缩,严重时甚至可引起开裂。正如混凝土中的骨料起稳定体积的作用一样,水泥石中需要有一定数量的未水化水泥颗粒,或掺入一些其它惰性材料来稳定其体积。因此,浇水保湿养护的持续时间并不是越长越好,盲目延长浇水养护时间加强养护的做法并不可取的。

养护时间与混凝土的组成及配合比、环境温度和湿度、养护方法和风速等诸多因素有关。其中,混凝土的水胶比是一重要因素。水胶比较小时,虽然需要及早加强外部补水供给,但浇水保湿养护的持续时间则可以相对缩短一些;水胶比较大时,需要的养护时间长一些。这可能与各自渗透性稳定所需时间及渗透性大小(即水分蒸发难易程度及蒸发速度大小)有关。然而,对掺有矿物掺合料粉煤灰的混凝土,情况又不同,当水胶比较小而相对湿度也较小时,因掺入化学反应较慢的粉煤灰,其表面的吸附水很容易蒸发而造成混凝土开裂。粉煤灰的抗裂作用与其强度发展一样,只有在低水胶比下加强浇水保湿养护中才能充分发挥出来。浇水保湿养护的时间不但要延长,而且补水供给必须充分且忌间断;对于掺有缓凝型外加剂及对抗渗性有要求的混凝土,正如《质量规范》要求那样,保湿养护时间应予延长,且不应少于14天。

3.3.混凝土养护的温度控制

3.3.1. 混凝土养护阶段的温度与应力的发展

混凝土浇筑成型后,其内部的约束应力是

温升温降产生的膨胀拉应力或收缩压应力与自

收缩应力叠加后的结果。可把混凝土从搅拌开

始直至开裂分成五个不同的时间阶段。

第Ⅰ阶段为混凝土从开始搅拌到浇筑成型

的不长时间,一般为3-6h。此时水泥水化刚刚

开始,混凝土处于半流动状态和塑性状态,基

本可认为混凝土处于初始浇筑温度T0左右。

第Ⅱ阶段为混凝土开始升温至混凝土凝结

硬化、内部约束压应力开始产生时的时间t01

止。此阶段混凝土仍处于塑性阶段,内部处于零应力状态。由于混凝土的水化热而使其产生膨胀,待至t01所对应的温度T01时,受到变形约束的混凝土开始产生压应力,t01称为第一零应力时间,T01称为第一零应力温度。这一阶段一般要经过3-6h。

第Ⅲ阶段从第一零应力时间t01开始,直至混凝土达到最高温度T3的时间t3为止。此阶段随着水泥水化热的急剧释放,随之温度也急剧上升,混凝土的热膨胀受到约束作用所产生的约束压应力,也从零开始并迅速增大到最大值。从曲线中可以看出,由于混凝土徐变及自收缩的影响,在混凝土达到最高温度T3的时间t3之前,混凝土内部的压应力早已开始下降。在图中则显示为最高温度T3出现时对应的时间t3,并不与最大压应力产生的时间相对应。

第Ⅳ阶段从最高温度T3对应的时间t3开始,直至混凝土内的压应力降至第二零应力温度T02的时间t02为止,T02称为第二零应力温度,t02称为第二零应力时间。此阶段混凝土仍处于受压状态,此阶段以后混凝土则从受压状态转变为受拉状态。但此阶段结束前混凝土仍处于温度很高的第二零应力温度T02以上。

第Ⅴ阶段从第二零应力时间t02开始,直至混凝土致裂温度Tc的时间tc为止。若tc时混凝土的约束拉应力已增大至混凝土的实时抗拉强度,混凝土则要开裂。第二零应力温度T02通常高于混凝土的初始浇筑温度T0,致裂温度Tc有时也可能高于初始浇筑温度T0。也就是说,不等到混凝土内部温度回降至初始浇筑温度T0,而在此前便已达到了第二零应力温度T02,也可能不待降回至初始浇筑温度T0,混凝土就已经开裂。由于实际工程中所遇情况可能千变万化,上述混凝土内部典型的温度与应力发展曲线,可能与实际工程之间存一定差异,但仍具有指导混凝土养护控制的实际意义。

3.3.2. 混凝土各养护阶段的冷却和保温

当混凝土处于第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段时,应对处于半流动状态和塑性状态的混凝土进行冷却处理,以降低混凝土的初始浇筑温度T0及最高温度T3。混凝土的初始浇筑温度是混凝土最高温度的重要组成部分,对于处于半流动状态和塑性状态的第Ⅰ阶段及第Ⅱ阶段的混凝土进行冷却处理,则会在降低最高温度的同时,也相应降低了混凝土的致裂温度,从而提高了混凝土抵抗冷缩开裂的能力。

第Ⅲ阶段的混凝土,此时正处于升温阶段,混凝土内部为受压状态,在此阶段对混凝土也可继续施以上一阶段相同的冷却降温处理,一般还不至于改变整个混凝土断面上的应力受压状态。但是,如果向混凝土表面浇以和环境温度的温差太大的冷水,则可能会使混凝土表面温度急速冷却而造成混凝土断面上的温度梯度骤升,从而引起混凝土“热震”。所以应在混凝土温度处于第一零应力温度T01之前,也就是处于第一零应力时间t01之前尽早降温冷却混凝土。虽然在此第Ⅲ阶段对混凝土冷却降温,也可以相应降低最高温度和致裂温度,但在此升温阶段必须注意防止混凝土内外温差过大和温度梯度的骤升而引起的表面裂缝产生。这一阶段的浇水养护和冷却降温处理要小心谨慎,不可盲动,切忌间断浇水,

并在混凝土处于最高温度时不可浇以与环境温差过大的养护水,更不可急剧猛浇,应以小水漫淋为宜。

第Ⅳ阶段和第Ⅴ阶段的混凝土,正处于降温阶段,此时应采取灵活可靠的措施,以“外保温内缓降”的养护原则进行温度控制。在混凝土降温阶段对其实施保温处理,其目的之一是减少混凝土内部的热量散失,以降低断面上的温度梯度和内外温差;其目的之二是通过延缓混凝土的散热时间,使之能够有效而充分的发挥强度的增长潜力,并使混凝土的松弛和徐变作用得以充分发挥,其内部的拉应力也得以相应减小。与此同时,随混凝土龄期的增长,其抗拉强度明显提高,也可防止和减少混凝土开裂。

混凝土表层的温度梯度是制约混凝土表面裂缝产生的重要原因之一;大气环境温度的升降,影响着混凝土内部断面上温度梯度的大小,而其温度变化的陡缓,也必然影响混凝土表面与大气环境温度之间温度变化的陡缓。工程实践证明,温度变化是混凝土结构的一个非常重要而复杂的荷载,温度梯度的陡缓可以看作是对混凝土“加荷速度”的快慢,从而可对混凝土力学性能产生重大影响。气温骤降可以导致混凝土拉应力和弹性模量的急剧增加,从而使混凝土的极限拉伸值减小。反之,气温缓降可以看作是对混凝土的慢速加荷,可以导致混凝土拉应力和弹性模量比快速加荷时有所减小,从而使混凝土的极限拉伸增加。不论是以内约束为主的结构,还是以外约束为主的结构,通过外保温内缓降都可避免或减少混凝土的开裂。

4.总结

在了解了混凝土养护的作用及其方法之后,针对目前混凝土早期裂缝日趋严重的现象进行了进一步分析:

应当及时实施早期养护,在混凝土浇筑完毕初凝前后就应浇水养护,但以不致人为冲坏混凝土表面为限,以保证混凝土尽早及时具备充足的补水供给条件;

为保证混凝土结构断面上的温度梯度、升温速率、降温速率适宜,并且具有较小的最高温度和致裂温度,应在混凝土于半流动状态及塑性阶段实施冷却处理,而在最高温度时加以覆盖并开始保温。

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