草簾養(yǎng)護對混凝土性能的影響
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混凝土養(yǎng)護草簾是指在混凝土澆筑完之后,為膠凝材料水化提供所需的介質(zhì)溫度和介質(zhì)濕度而采取的相應(yīng)措施,以保證混凝土性能達到預(yù)定的要求?;炷琉B(yǎng)護草簾條件,即養(yǎng)護草簾過程中濕度和溫度條件的控制以及養(yǎng)護草簾時間的長短,對混凝土的水化硬化速度、微觀結(jié)構(gòu)特征、強度發(fā)展和耐久性均有重要影響。
(一)混凝土養(yǎng)護草簾方法
養(yǎng)護草簾方法總體上可分為兩大類:內(nèi)養(yǎng)護草簾和外養(yǎng)護草簾。
(1)內(nèi)養(yǎng)護草簾
混凝土內(nèi)養(yǎng)護草簾是指在混凝土中引入飽水輕集料或超強吸水劑(SAP),它們均勻地分散在混凝土中,起到內(nèi)部蓄水池的作用,當混凝土在水化過程中出現(xiàn)水分不足或者離子濃度發(fā)生改變時,飽水輕集料或超強吸水劑(SAP)中的水分就向硬化水泥漿體中遷移,形成微養(yǎng)護草簾環(huán)境,支持膠凝材料的水化反應(yīng)繼續(xù)進行。內(nèi)養(yǎng)護草簾技術(shù)有效改善了混凝土內(nèi)部相對濕度,減小了混凝土的收縮,從而起到控制混凝土開裂的目的。但飽水輕集料作為內(nèi)養(yǎng)護草簾材料容易產(chǎn)生一系列問題,如:流動性變差,集料上浮,和易性變差,彈性模量和抗壓強度大幅下降等。而摻入的超強吸水劑(SAP)可能會對混凝土的強度和流動性有不利影響。
(2)外養(yǎng)護草簾
外養(yǎng)護草簾包括蓄水養(yǎng)護草簾、噴霧養(yǎng)護草簾、灑水養(yǎng)護草簾、帶模供水養(yǎng)護草簾、蒸汽養(yǎng)護草簾、噴涂養(yǎng)護草簾劑和覆蓋塑料薄膜等。
蓄水養(yǎng)護草簾是用砂或者土在平面結(jié)構(gòu)的四周圍起一層水對其進行水養(yǎng)的方法。蓄水養(yǎng)護草簾在保持混凝土內(nèi)部溫度的均勻性方面效果顯著。蓄水養(yǎng)護草簾用水應(yīng)與拌合用水相同,不應(yīng)含有會引起混凝土劣化的侵蝕性離子,且為防止溫度應(yīng)力引起的混凝土開裂,養(yǎng)護草簾用水與混凝土的溫差不應(yīng)大于11℃。但蓄水養(yǎng)護草簾受混凝土硬化程度的制約,需要等混凝土具備一定的強度和硬度后才可使用。此外蓄水法還存在勞動強度大并需實時監(jiān)控的缺點。
在無風或有遮避的情況下,噴霧能夠保持混凝土表面濕潤,可用于混凝土構(gòu)件的立面或者水平面養(yǎng)護草簾。噴霧間隙應(yīng)保證混凝土的表面不過于干燥,噴霧壓力不宜過大,避免對早期混凝土的表層造成沖刷。此外,噴霧養(yǎng)護草簾的顯著優(yōu)點是可在混凝土凝結(jié)之前實施,不受混凝土齡期的限制。
灑水養(yǎng)護草簾是一種很常見的養(yǎng)護草簾方法。根據(jù)天氣情況確定灑水間隔,以保持混凝土表面潮濕。灑水養(yǎng)護草簾還可與覆蓋措施結(jié)合使用。覆蓋材料應(yīng)具有吸水保濕功能,如麻袋、草簾和土工布等,同時濕的覆蓋物還能起到一定的保溫作用。
帶模供水養(yǎng)護草簾是指采用內(nèi)襯憎水塑料絨鋼模板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼模板,內(nèi)襯的多孔材料能夠吸收大量的水分,同時具有憎水性,極易釋放出水分,從而達到在拆模前對與模板接觸的混凝土供水養(yǎng)護草簾的目的。這對混凝土來說是一種可行的養(yǎng)護草簾方法,但缺點是需要專門的模板,且費工費時,難以適應(yīng)混凝土現(xiàn)場施工的要求。
噴灑養(yǎng)護草簾劑養(yǎng)護草簾是混凝土養(yǎng)護草簾工藝的一項新技術(shù)。養(yǎng)護草簾劑是一種能在混凝土表面形成一層連續(xù)不透水的密封養(yǎng)護草簾薄膜的乳液或高分子溶液。養(yǎng)護草簾劑留下的薄膜能夠減少水分蒸發(fā),從而起到養(yǎng)護草簾的目的。它不受構(gòu)件形狀、施工場地和施工條件的限制,還可以節(jié)省人力和水資源,降低工程成本,目前在公路養(yǎng)護草簾中已獲得廣泛的應(yīng)用。對于混凝土構(gòu)筑物的立面或復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及缺水地區(qū)和不允許水養(yǎng)護草簾的地方,養(yǎng)護草簾劑養(yǎng)護草簾具有先天的獨特優(yōu)勢。
塑料薄膜通過隔絕空氣,阻止混凝土中的水分向環(huán)境散失來達到養(yǎng)護草簾效果。此外,可以根據(jù)需要選擇不同顏色的薄膜來調(diào)節(jié)養(yǎng)護草簾溫度。例如,在夏天,淺色的薄膜可以反射很大一部分的陽光,減少對熱量的吸收;而在冬天,深色的薄膜能夠有效地利用太陽能,提高溫度。
蒸汽養(yǎng)護草簾利用蒸汽的凝結(jié)放熱來加速水泥硬化。根據(jù)介質(zhì)壓力的不同可分為:常壓蒸汽養(yǎng)護草簾和高壓蒸汽養(yǎng)護草簾。前者主要用于可密封的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)制混凝土構(gòu)件,后者通常用于小型混凝土構(gòu)件或產(chǎn)品。
太陽能養(yǎng)護草簾是利用太陽的輻射能對混凝土進行加熱養(yǎng)護草簾,它實際上是一種加速養(yǎng)護草簾方式。太陽能養(yǎng)護草簾箱和養(yǎng)護草簾罩構(gòu)造簡單,制造容易,造價低廉,重量輕,移動靈活,較適宜中小型預(yù)制場使用。
由于在終凝前對混凝土進行濕養(yǎng)護草簾會削弱混凝土表面的水泥漿,導(dǎo)致抗?jié)B性降低。建議采取復(fù)合養(yǎng)護草簾的方式,即將混凝土的養(yǎng)護草簾過程分為初期養(yǎng)護草簾和濕養(yǎng)護草簾兩個階段。初期養(yǎng)護草簾的目的是減少新拌混凝土的水分散失,直至濕養(yǎng)護草簾開始,待混凝土終凝后開始濕養(yǎng)護草簾。任何傳統(tǒng)的養(yǎng)護草簾方法如蓄水養(yǎng)護草簾、潮濕麻袋覆蓋養(yǎng)護草簾以及在暴露面上灑水養(yǎng)護草簾,混凝土均可采用。
(二)養(yǎng)護草簾對混凝土性能的影響
(1)養(yǎng)護草簾對混凝土力學性能的影響
養(yǎng)護草簾溫度對水泥的水化硬化速度有著顯著的影響,而混凝土力學性能的發(fā)展又與水泥的水化進程密切相關(guān)。在 10~40℃范圍內(nèi),高溫養(yǎng)護草簾可以提高混凝土早期強度,但會對后期強度產(chǎn)生負效應(yīng),即早期高溫養(yǎng)護草簾的混凝土后期強度較常溫養(yǎng)護草簾有較大幅度的下降。養(yǎng)護草簾溫度每升高5℃,28d抗壓強度下降 1.9MPa。這種高溫負效應(yīng)是由水泥水化產(chǎn)物分布不均勻引起的,與水泥水化度無關(guān),降低水膠比或者摻入硅灰、粉煤灰、礦渣可以部分消除這種高溫負效應(yīng),相對而言,硅灰消除高溫負效應(yīng)的作用最強。
雖然低溫養(yǎng)護草簾下混凝土內(nèi)部水化產(chǎn)物分布更均勻,后期強度更高,但當溫度低于0℃時,混凝土中的水分開始部分結(jié)冰,體積膨脹,對混凝土孔隙形成壓力,這將導(dǎo)致混凝土的冰凍損傷。混凝土如果在澆筑后72h內(nèi)受凍,后期強度將大幅降低;而在澆筑后先標準養(yǎng)護草簾72h再轉(zhuǎn)自然養(yǎng)護草簾,其90d強度基本能達到設(shè)計要求,但與標準養(yǎng)護草簾相比,抗壓強度仍有大幅降低。
當混凝土內(nèi)部的相對濕度小于80%時,水泥水化將停止。若早期環(huán)境濕度不足,就可能造成混凝土中水分的大量蒸發(fā),引起干燥失水,影響水化反應(yīng)的繼續(xù)進行;另一方面,干縮使混凝土在低強度狀態(tài)下承受收縮引起的拉應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂紋,并最終影響強度。
(2)養(yǎng)護草簾對混凝土收縮開裂的影響
養(yǎng)護草簾對混凝土的收縮開裂有著重要的影響。事實上,因養(yǎng)護草簾不當導(dǎo)致混凝土開裂的現(xiàn)象屢見不鮮。摻減水劑的混凝土早期收縮變大,對養(yǎng)護草簾提出了更高的要求。通過初凝后及時覆蓋塑料薄膜可以有效降低早期收縮,減縮效果隨養(yǎng)護草簾時間的延長而更明顯,初凝后8h的養(yǎng)護草簾即可有效控制收縮。
在高溫低濕環(huán)境下,混凝土的塑性收縮率和裂縫寬度都將增大,而摻入超強吸水劑(SAP)可以顯著抑制塑性收縮和裂縫的出現(xiàn)。涂刷養(yǎng)護草簾劑和塑料薄膜覆蓋的防裂效果相近,但起始養(yǎng)護草簾時間對是否發(fā)生塑性開裂以及開裂的程度影響顯著,試件成型抹面后1h進行養(yǎng)護草簾能有效防止塑性裂縫的產(chǎn)生,抹面后3h進行養(yǎng)護草簾的防裂效果降低,在終凝時覆蓋濕毯及時補水對早期的微裂縫有一定的愈合作用。與塑料薄膜覆蓋相比,涂刷養(yǎng)護草簾劑顯著減小混凝土的塑性收縮,并且養(yǎng)護草簾劑在降低干燥收縮方面仍能比濕毯子更具優(yōu)勢,其中丙烯酸基養(yǎng)護草簾劑的減縮效果優(yōu)于水基養(yǎng)護草簾劑。
養(yǎng)護草簾溫度越高,自收縮應(yīng)變和應(yīng)力的發(fā)展速度越快,其數(shù)值也越大;水灰比越大,養(yǎng)護草簾溫度對自收縮應(yīng)力的影響越大;由于混凝土結(jié)構(gòu)早期徐變的作用,自收縮應(yīng)力的發(fā)展速度小于自收縮應(yīng)變的發(fā)展速度?;炷羶?nèi)部相對濕度和收縮具有較好的同步性,可以看作是其自收縮變化的驅(qū)動力。
針對混凝土開裂的問題,目前較為流行的解決途徑之一是在混凝土中摻入UEA膨脹劑使混凝土產(chǎn)生一定的膨脹來補償收縮。但UEA膨脹劑屬于鈣礬石型膨脹劑,鈣礬石的吸水腫脹和結(jié)晶生長是其膨脹的驅(qū)動力,其膨脹性能的發(fā)揮仍然離不開充分的水養(yǎng)護草簾。膨脹型混凝土的膨脹主要發(fā)生在7d齡期內(nèi),加強前期的水養(yǎng)護草簾能使UEA的膨脹性能充分發(fā)揮,UEA雖能抑制早期收縮,但膨脹結(jié)束后的干燥收縮落差較大,延長水養(yǎng)護草簾時間可以顯著減小干縮回落。
(3)養(yǎng)護草簾對混凝土耐久性的影響
標準養(yǎng)護草簾、蒸汽養(yǎng)護草簾和施工現(xiàn)場養(yǎng)護草簾這三種養(yǎng)護草簾方式對混凝土的電通量影響不大,養(yǎng)護草簾對混凝土的抗氯離子滲透能力影響不大。水養(yǎng)護草簾可以使受到凍融破壞的混凝土自愈合,并且自愈速度與養(yǎng)護草簾前被破壞的程度有關(guān)系,破壞程度重的,自愈速度慢些,破壞程度輕的,自愈速度快些??s短標準養(yǎng)護草簾時間會顯著降低混凝土的表層抗氯離子滲透性,且強度等級越低,影響越明顯。
當原材料一定,材料配合比相同,施工方法一致時,混凝土的生長環(huán)境(養(yǎng)護草簾條件)成為混凝土微觀結(jié)構(gòu)發(fā)展的主宰因素。在實驗室進行混凝土配合比試驗時,混凝土試件一般在標準條件(20℃、相對濕度RH≥90%)下養(yǎng)護草簾,這與施工現(xiàn)場真實的養(yǎng)護草簾條件相距甚遠,所得結(jié)果不能反映實際工程中混凝土結(jié)構(gòu)的力學性能?,F(xiàn)有的關(guān)于養(yǎng)護草簾對混凝土性能影響的研究大多是孤立的,養(yǎng)護草簾條件大多比較單一,如標準養(yǎng)護草簾或人為設(shè)定的溫濕度等,這與施工現(xiàn)場實際的養(yǎng)護草簾方式相差較遠,難以直接用于指導(dǎo)實際工程。
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