自然养护对混凝土抗压强度及氯离子扩散系数的影响.pdf

2 0 1 3年 第 4期 ( 总 第 2 8 2期 ) Nu mb e r 4 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No ．2 8 2 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HE0RET I CAL I t ES E ARCH d o i ： 1 0 ．3 9 6 9 0 ．i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 0 3 自然养护对混凝土抗压强度及氯离子扩散系数的影响 陆晗 ，王卫仑 ’ ，刘洪海 ，岳进 。董晓刚 ( 1 ． 深圳大学 广东省滨海土木工程耐久性重点试验室 ，广东 深圳 5 1 8 0 6 0 ； 2 ．中建三局 第一建设工程有限责任公 司，湖北 武汉 4 3 0 0 4 0 ) 摘要： 通过 自然养护和标准养护混凝土的抗压强度及氯离子扩散系数对 比试验 ， 并采用压汞法对混凝土进行孔结构分析。 研 究表明 ： 相比于标准养护混凝土， 自然养护混凝土的有害孔增多， 这对混凝土抗压强度的发展虽无明显的不利影响 ， 但却明显增 大了混凝土氯离子扩散系数。 关键词： 自然养护 ；标准养护 ；抗压强度；氯离子扩散系数 ；孔结构 中图分类号 ： T U 5 2 8 ．0 6 4 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 4 — 0 0 0 8 — 0 3 E ffe ct,o f n a t u r a l c u r i n g c on d i t i o n s o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d c h l or i d e i o n d i ffu s i o n c oe ffi c i e n t o f c o n c r e t e LUHa n ， WANG We i qu n ， LI UHo n g- h a i ， YUE J i n2 , DONG Xi a o - ga n g ( 1 ． G u a n g d o n g P r o v i n c i a l K e y L a b o r a t o r yo f D u r a b i l i t y f o r Ma r i n e C i v i l E n g in e e ri n g ， S h e n z h e n U n i v e r s i t y ， S h e n z h e n 5 1 8 0 6 0 ， C h i n a ； 2 ． T h e F i r s t C o n s t r u a i o n E n g i n e e ri n g L i mi t e d C o m p a n y o f C h i n a C o n s t r u c t i o n T h i r d E n g i n e e ri n g B u r e a u ， Wu h a n4 3 0 0 4 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Th e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d c h l o ri d e i o n d i ff u s i o n t o e f f i c i e n t o f c o n c r e t e c u r e d i n s t a n d a r d c o n d i t i o n an d i n n a t u r a l e n v i r o n — m ent we r e r e s e a r c h e d c o n t r a s t i v e l y ， a n d me t h o d o f me r c u r yi n t r u s i o n p o r o s i me t r y ( MI P ) wa s u s e d t o e x a m i n e the p o r e s t r u c t u r e o f th e c o n - c r e t e ． Te s t res u l t i nd i c a t e d tha t ： c o mpa r e d wi th s t a nd a r d c u r i ng， c o n c r e t e c ure d i n n a t u r a l e n v i r o n me n t s ho we d mo r e h a r mf u l po r e s， thi s ma y h a v e l i t t l e e ffe c t s o n t h e d e v e l o p me n t o f c o mp r e s s i v e s tre n g t h o fc o nc r e t e， b u t i t i n c r e a s e d the c h l o ride i on d i ffu s i o n c o e ffi c i e nt o fc o n — c r e t e ma r k e d l y． Ke y w o r d s ： n a t u r a l c u r i n g； s t a n d ard c u r i n g ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ； c h l o ri d e i o n d i ff u s i o n c o e ffi c i e n t ； p o r e s t r u c t u r e 0 引言 混凝土结构设计及耐久性设计 对混凝 土的一些宏观 性能( 如抗压强度等级 、 氯离子扩散系数 ) 作 出了明确 的规 定[ 1 - 2 ] ， 规范 中规定 的宏观性能试验均采用试验室制作 的标 准养护( 温度 ( 2 0 ~ 2 ) ℃， 湿度 9 5 ％以上 ) 试件 ， 而对现场浇 筑混凝土， 一般采用浇水养护 7 d 左右， 随后即采用自然养 护。 因此 ， 现场浇筑的混凝土与试 验室制作的混凝土 ， 无论 是养护温度还是湿度都有很大差别。 为了解深圳地区气候 条件下 自然养护对混凝 土宏观性能的影响 ， 通过 自然养护 和标准养护混凝土的抗压强度及氯离 子扩散 系数对 比试 验 ， 并采用压汞法对混凝土进行孔结 构分析 ， 探讨 自然养 护对混凝土宏观性能影响的原因及规律。 1 试验原材料及试验方法 1 ． 1 试验原材料及配合 比 水泥采用粤秀 P I I 4 2 ． 5 R级， 3 d 抗压强度 3 6 ． 7 MP a ， 2 8 d 抗压强度6 1 ．6 MP a ； I 级粉煤灰； N型高效减水剂； 细集料 为河砂， 细度模数为 2 ． 8 ， 表观密度为 2 6 3 0 k g ／ m3 ； 粗集料为 5 ～ 2 5 r n lT l 花岗岩， 表观密度 2 6 7 0 k g ／ m 3 。 混凝土配合比见表1 。 1 ． 2 混凝土试件制备及养护 抗压强 度试 验采用 1 0 0 m mx l 0 0 mmx l O O m m 的立方 表 1 混凝土配合 比 收稿 日期 ：2 0 1 2 — 1 0 - 2 1 基金项 目：广东省 自然科学基金研究团队项 目( 9 3 5 1 8 0 6 0 0 1 0 0 0 0 0 1 ) ； 中国建筑第三工程局科研项 目( C S C E C 3 B - 2 0 1 1 - 3 ) 8 体试件， 每个龄期各成型两组试件， 标准养护 7 d 后， 其中一 组继续标准养护至试验龄期 ， 另一组存放在室外 自然环境中 至试验龄期 ； 氯离子扩散系数试验成型 4 , 1 o o m mx l 0 0 n l l T l 的圆柱体试件， 每个龄期各成型两组试件， 标准养护 7 d 后 ， 其中一组继续标准养护， 另一组存放在室外自然环境中， 试 件养护至试验龄期前 3 d ， 将试件两端每头切去约 2 5 m l n ， 取 中间长度 5 0 m i l l 的试件 ， 浸泡在水 中到龄期 ； 2 8 d 龄期 的抗压强度试验后 ， 取混凝土试样 内部样 品 ， 剔 除其 中的 石子和大颗粒 的砂子 ， 浸泡于无水乙醇 中终止水化 ， 然后 放入烘箱 ， 在 6 0℃的温度下烘干， 作为孔结构测试试样 。 1 ． 3试验 方 法 混凝土立方体抗压强度的测试按照国家标准《 普通混 凝土力学性能试验方法》 进行 ； 氯离子扩散系数按《 混凝土 结构耐久性设 计与施 工指南 》 中的“ 混凝 土氯离子扩散系 数快速测定 的 R C M 法” 进行试验 ； 混凝土的孔结构测试采 用压汞法进行 。 2 试验结果及分析 2 ． 1 混凝土抗压强度 标准养护与自然养护混凝土的抗压强度试验结果见 表 2 和图 1 。 由图 1 可见 ， 经过 7 d的标准养护后， 自然养 护对混凝土抗压强度的发展没有明显的不利影响， 其可能 原 因在 于 ， 混凝土 自身 良好 的保水能力 ， 同时深圳地 区较 大的大气湿度及降水的补给加上平均大气温度较高， 使得 } 昆 凝土内部能保持一定 的水化作用。 表 2 混凝土抗压强度 MP a X l Z X l 3 X l 4 1 16 X l， 图 1 养护条件对混凝土抗压强度的影响 2 ． 2 混凝土氯 离子扩散 系数 标准养护 与 自然养护混凝土 的氯离子扩散 系数试验 结果见表 3 和图2 。 由图2 可见， 自然条件养护对混凝土氯 离子扩散系数有明显的影响 ， 自然条件养护的混凝土 ， 其氯 离子扩散系数要明显大于标准养护的混凝土， 增幅大都在 1 0 ％以上 ， 有 的甚至达 5 0 ％， 这与抗压强度 的试 验结果并 不一致。 造成这种不一致 的原因可能是 由于 自然条件养护 的混凝土在水化过程中， 得不到水分补充， 内部水分较少， 导致混凝 土内部形成较粗大 的孔 ， 这些较粗大 的孔对混凝 土的渗透性有较大的影响， 但对抗压强度影响不大。 表 3 混凝土氯离子扩散系数l O 一 12 m2 ／ s 试件 编号 图 2 水灰比对氯离子扩散系数的影响 2 ． 3 混凝土孔结构分析 采用美 国麦克公司的 9 5 0 0 型压汞仪对 X1 4 、 X1 5 、 X1 6 、 X1 7 四组混凝土2 8 d 龄期的试件进行孔结构分析， 试件的孔 结构基本参数如表 4 所示。 由表中可以看出， 自然养护的混 凝土， 其 @ 2L 体积大都较标准养护要大， 而总孔面积则小于 标准养护的混凝土 ， 而且 自然养护混凝土的平均孑 L 径要大于 标准养护混凝土。 试样 的总孔体积大而总孔面积小 ， 且平均 孔径增大， 表明试样内部大孔较多而d , ：f t 相对较少 ， 即 自然 养护条件下混凝土内部 的孔结构呈粗化状态 。 混凝土试件的 孔径分布曲线和累计孔体积曲线如图 3 所示。 从图 3 可以看 出， 自然条件下养护的混凝土， 5 0 n m以上的孔的要多于标准 养护的混凝土 ， 这可能是缘于水分的缺失 ， 影响了粉煤灰的 水化， 导致粉煤灰未能充分发挥细化孑 L 结构的作用。 表 4 压汞法孔结构基本参数 一 般认为孔结构和孔隙率与混凝土的强度和渗透性 等宏观性能有直接的关系[3 1 。 已有文献指出[4 1 ， 混凝土的渗 透性是由其微观结构决定的， 如混凝土的孔隙率 、 孔径分 布， 以及骨料一 基体界面区的矿物组成等。 吴中伟[s l 提出对 混凝土中的孔级划分和孔隙离及其影响因素的概念， 根据 不同孔径对混凝土性能的影响分为无害孑 L ( 2 0 0 m T 1 ) 。 从压汞试验的结果看， 自然养护的混凝土其有害孑 L 和多害 孔要高于标准养护的混凝土， 因此其渗透性要高于标准养 护的混凝土， 这与上述氯离子扩散系数试验结果相符。 3结论 ( 1 ) 在深圳的气候条件下， 自然养护混凝土各龄期的 抗压强度与标准养护混凝土的抗压强度无明显差别。 1 0 ( 2 ) 自然养护混凝土各龄期的氯离子扩散系数要明显 高于标准养护混凝土的氯离子扩散系数在实际工程中， 应 考虑现场浇筑混凝土氯离扩散系数与标准养护条件下氯 离子扩散系数的差异， 适当延长湿养护时间。 ( 3 ) 自然养护混凝土的有害孔和多害孑 L 要高于标准养 护的混凝土 ， 这是造成 自然养护混凝土的氯离子扩散 系数 高于标准养护混凝土的主要原因。 下转第 1 4页 盯 =窖 ∞ m 0 Ⅲ m m m O 田 一 嚣 ， ， I 旦、 1 圭 嘴 一 暑 ， 目一 、 4 { 一 s ， 目一、 羞酶 5 O 5 O 5 0 5 O 4 4 3 3 2 2 l 1 ∞吣∞∞∞∞∞∞ O O O O 0 0 O O 一 ∞ ， 1 g一 、 删磐 袋( 2 ． 5 c m 厚 的草袋 ) ， 并进行通水冷却 ， 采用 内径 4 ． 0 c m 的塑料水管 ， 水管 间距约 1 ． 2 5 m。 通水水温 6 ． 0℃ ， 通水 持 续 6 d ， 流速 1 ．2 0 m ／ s ， 流量 5 ． 4 2 m3 ／ h 。 夏季浇筑方案同 3 ． 2中工况 X 3 。 3 5 3 O 2 5 赠 2 O l 5 l O 龄期 ， d 图 8 冬季浇筑混凝土特征点温度历时曲线 0 2 0 4 0 6 0 8 0 l O 0 龄期 ／ d 图 9 冬季浇筑混凝土特征点应力历时曲线 对 比两种 方案可 知 ， 它们都满 足进度计划要求 ， 且 能 够保证混凝土底板不开裂( 安全系数 1 ． 6 5 ) ， 满足约束条件， 根据优化数学模型， 仅需要对比其投资成本即可。 鉴于工程计算 的复杂性 ， 成本计 算凭工 程经验 或参 考类 似工程 。 参考文献 [ 9 — 1 0 】 ， 控制浇筑温 度单 价费用取 2 2 元 ／ m ， 冷却水温度可采用 当地井水或河水 ， 自然满足 ， 同时埋设冷却水管长度相同； 表面保温单价费用也相同。 故夏季 浇筑 方案较 冬季 浇筑 方案仅 多 出一项 控制 浇筑 温度的费用 ， 因标准坝段底板 浇筑混 凝土约 8 9 1 m ， 则底 板控制浇筑温度 费用 约 1 ． 9 6万元 。 因此 ， 上述温控优选方案为冬季浇筑方案 ， 表面覆盖 1 层草袋， 通 6℃的冷却水。 5结论 实际工程 中， 温控措施 费用可达到结 构费用 的 5 ． 3 ％， 上接第 7页 [ 4 ]4 棚顶超， 袁勇．P V A纤维混凝土弯折试验研究叨． 混凝土， 2 0 0 4 ( 1 ) ． 【 5 ]5 高淑玲 ， 徐世 ． 利用水平外力总共研究 P V A纤维增强水泥基 复合材料韧性[ J J _东南大学学报： 自然科学版， 2 0 0 7 ， 3 7 ( 3 ) ． [ 6 ]6 李贺东， 徐世煨． 超高韧性水泥基复合材料弯曲性能及韧性评 价方法[ J 】 _土木工程学报， 2 0 1 0 ( 3 ) ． 【 7 】R I C E J R ， R O S E N G R E N G F ．P l a n e s t r a i n d e f o r m a t i o n n e a r a c r a c k t i D i n a p o w e d a w h a r d e n i n g m a t e r i a l [ J 1 ．J o u rnal o f t h e M e c h a n i c s 上接第 1 0页 参考文献 ： [ 1 ]1 G B 5 0 0 1 0 - 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4 ． 作者简介： 联系地址 ： 联系电话 ： 陈建军( 1 9 6 5 一 ) ， 男， 高级工程师， 从事工程管理及结 构设计研究。 河南郑州北环路3 6 号( 4 5 0 0 1 1 ) 1 5 3 0 3 81 1 5 61 a n d P h y s i c s of S o l i d s ， 1 9 6 8 ， 1 6 ( 1 ) ： 1 - 1 2 ． 【 8 】胡倍雷， 赵国藩．钢纤维混凝土断裂能的试验研究【 c 全国第五 届纤维水泥与纤维混凝土学术会议， 1 9 9 4 ( 1 1 ) ． 作者简介： 王海超( 1 9 6 0 一 ) ， 男， 博士， 教授。 联系地址： 山东省青岛市黄岛区前湾港路 5 7 9 号( 2 6 6 5 9 0 ) 联 系电话： 1 5 2 5 3 2 8 8 0 1 7 [ 4 ]李淑进 ， 赵铁军 ， 吴科如 混凝土与水泥制品， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 6 - 8 ． 【 5 】吴中伟， 廉惠珍． 高性能混凝土[ M 】 ． 北京， 中国铁道出版社， 1 9 9 9 作者简介： 陆晗( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 高级工程师。 联系地址： 广东深圳I市深圳大学土木工程学院( 5 1 8 0 6 0 ) 联系电话： 0 7 5 5 — 2 6 5 3 5 1 2 3 O 5 O 5 O 5 2 l l O O 日 苫、R 一