關(guān)于混凝土同條件養(yǎng)護(hù)的若干問題

[摘　要] 　本文通過對GB50204-2000《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量與驗(yàn)收規(guī)范》中附錄D《結(jié)構(gòu)實(shí)體檢驗(yàn)用同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件的強(qiáng)度檢驗(yàn)》的分析,結(jié)合相關(guān)理論,在闡述同條件養(yǎng)護(hù)理論基礎(chǔ)上,討論它與標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)、混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度的差別及原因。

[關(guān)鍵詞] 　同條件養(yǎng)護(hù); 　標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù); 　齡期; 　成熟度

1 　前言

    為了客觀地反映施工過程中混凝土強(qiáng)度的真實(shí)情況,在GB50202-2000《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量與驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定了結(jié)構(gòu)實(shí)體檢驗(yàn)用同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件的強(qiáng)度檢驗(yàn)。所謂同條件養(yǎng)護(hù)試件是在混凝土澆筑對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)部位由監(jiān)理、施工等各方商定,制備至少3 組以上混凝土試件,拆模后置于靠近相應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)部位的適當(dāng)位置并采取與相應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)部位相同的養(yǎng)護(hù)方法,在等同條件自然養(yǎng)護(hù)到一定等效養(yǎng)護(hù)齡期(與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28天齡期試件強(qiáng)度相等的原則) 進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。此強(qiáng)度值反映了相應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)部位的真實(shí)混凝土強(qiáng)度。本文在闡述同條件養(yǎng)護(hù)理論基礎(chǔ)上,討論它與標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)、混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度的差別及原因。

2 　同條件養(yǎng)護(hù)的理論基礎(chǔ)

    對于某一特定的混凝土,由于其配合比已定,故其強(qiáng)度的發(fā)展主要取決于水泥水化程度,即取決于養(yǎng)護(hù)溫度、濕度以及養(yǎng)護(hù)齡期。對于濕度已定的環(huán)境,可以認(rèn)為主要取決于養(yǎng)護(hù)溫度和齡期。國外學(xué)者認(rèn)為,一定條件下,混凝土強(qiáng)度可用混凝土成熟度來評價(jià)。成熟度可表示為養(yǎng)護(hù)時(shí)間與溫度的函數(shù),其表達(dá)式為:

M = Σai×T (1)

式中　M ———混凝土成熟度, ℃·d ;

ai ———混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間,d 或h ,國內(nèi)習(xí)慣上用d ;

T ———混凝土養(yǎng)護(hù)溫度, ℃。

    在濕度相同的條件下,對于同一配合比的混凝土,理論上相同的成熟度對應(yīng)相同的強(qiáng)度。對于試驗(yàn)室中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的混凝土,由于養(yǎng)護(hù)溫度為(20±2) ℃,養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28d ,故其成熟度應(yīng)為(560±56) ℃·d ,或504 ℃·d～616 ℃·d。

3 　同條件養(yǎng)護(hù)混凝土的適用范圍

    按GB50204 - 2000《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量與驗(yàn)收規(guī)范》中附錄D 結(jié)構(gòu)實(shí)體檢驗(yàn)用同條件養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度檢驗(yàn)的規(guī)定,同條件養(yǎng)護(hù)等效齡期可按日平均溫度逐日累計(jì)到600 ℃時(shí)所對應(yīng)的齡期,0℃及以下的齡期不計(jì)入;等效養(yǎng)護(hù)齡期不應(yīng)少于14 天,也不應(yīng)大于60天( 其相應(yīng)的日平均溫度分別為42.9 ℃和10 ℃———筆者注) 。若按等效齡期為600 ℃計(jì),相當(dāng)于在21.43 ℃溫度中養(yǎng)護(hù)28天。0 ℃及以下的齡期不計(jì)入,主要考慮到0 ℃及0 ℃以下水泥水化基本停止。

    等效養(yǎng)護(hù)齡期不應(yīng)少于14 天意味著養(yǎng)護(hù)日平均溫度不高于42.9 ℃,而不應(yīng)大于60天意味著養(yǎng)護(hù)的日平均溫度不低于10℃。

4 　同條件養(yǎng)護(hù)與標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件強(qiáng)度的關(guān)系

    4.1 　GB50204 - 2000《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量與驗(yàn)收規(guī)范》中附錄D 中規(guī)定:“同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度代表值應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》GBJ 107的規(guī)定確定后,乘折算系數(shù)取用;宜取為1110 ,也可根據(jù)當(dāng)?shù)氐脑囼?yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。”對于折算系數(shù)1.10 ,主要考慮自然養(yǎng)護(hù)條件的相對濕度較低,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度的90%?；炷翗?biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件是溫度為(20±2) ℃,相對濕度≥95% ,但在自然條件下,這種濕度很難達(dá)到,即使在潮濕的南方,相對濕度達(dá)到95%的日子也不多見,不用說干燥的秋冬季,也更不用說天氣干燥的北方了。眾所周知,只有在飽水狀態(tài)下,水泥的水化速度才是最大的,養(yǎng)護(hù)的相對濕度越低則混凝土強(qiáng)度越低。圖1 為養(yǎng)護(hù)條件對混凝土強(qiáng)度的影響。

    從圖可見,若以完全潮濕養(yǎng)護(hù)28天強(qiáng)度為100%系列4) ,那么7天潮濕養(yǎng)護(hù)后空氣中養(yǎng)護(hù)(系列3) 和3天潮濕養(yǎng)護(hù)后空氣中養(yǎng)護(hù)(系列2)以及完全空氣中養(yǎng)護(hù)(系列1) 的混凝土強(qiáng)度分別為92%、83%和55%(該圖未具體說明空氣養(yǎng)護(hù)的溫度和相對濕度- 筆者注) 。工地現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)一般不可能28天潮濕養(yǎng)護(hù),即使采用潮濕養(yǎng)護(hù)(澆水、蓄水,混凝土表面濕砂、鋸沫、麻袋、土工布或塑料薄膜覆蓋等) ,其養(yǎng)護(hù)周期一般只有7 天左右,與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相比,時(shí)間仍較短且潮濕養(yǎng)護(hù)的連續(xù)性也難于保證,而其余21 天多在大氣中自然養(yǎng)護(hù)。嚴(yán)格地說,同條件養(yǎng)護(hù)混凝土的強(qiáng)度應(yīng)區(qū)別相對濕度不同的地區(qū)、同一地區(qū)相對濕度不同的季節(jié),對應(yīng)不同的折算系數(shù),因此應(yīng)通過科學(xué)研究,找出不同地區(qū)、不同季節(jié)同條件養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度的關(guān)系,對折算系數(shù)予以修正。

    4.2 　現(xiàn)有的研究資料表明,在相同成熟度的情況下,不同養(yǎng)護(hù)溫度的混凝土試件強(qiáng)度也不盡相同。圖2為不同養(yǎng)護(hù)溫度對混凝土強(qiáng)度的影響。從圖可見,在相同成熟度的情況下,低溫養(yǎng)護(hù)(30u) 混凝土強(qiáng)度高于高溫養(yǎng)護(hù)(70u和110u) 的混凝土強(qiáng)度。Verbeck和Helmuth認(rèn)為,在溫度比較高的情況下,初始水化速率快,已離開水泥顆粒的水化產(chǎn)物還來不及擴(kuò)散,也沒有足夠的時(shí)間使其在內(nèi)部均勻沉淀。因此水化產(chǎn)物在水泥顆粒周圍聚集,減慢了以后的水化速率。另外,水化產(chǎn)物只填充水泥顆粒表面,大部分空隙仍保持原來的狀態(tài)而留下較多的孔隙,即水泥漿體結(jié)構(gòu)的膠空比小,水泥漿體結(jié)構(gòu)不均勻。相反,養(yǎng)護(hù)溫度低雖然水化慢,但水化產(chǎn)物有充分時(shí)間擴(kuò)散到遠(yuǎn)處的毛細(xì)空隙,使水泥漿體結(jié)構(gòu)均勻致密,后期水化也不受影響,因此形成均勻的水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu),強(qiáng)度更高。

    4.3 　水泥的組成(包括顆粒粒級分布、礦物組份) 、混合材種類(包括品種、粒級分布、活性) 和摻量,外加劑的引入等對同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件的強(qiáng)度也有一定程度的影響,可惜未見相關(guān)的報(bào)導(dǎo)。根據(jù)水泥化學(xué)原理,摻混合材的水泥或混合材作為獨(dú)立組份加入混凝土,只有在充分水份條件(潮濕環(huán)境) 下才能發(fā)揮其強(qiáng)度,而如前所述同條件養(yǎng)護(hù)的濕度條件遠(yuǎn)比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)差,因此理論上其同條件養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度應(yīng)低于硅酸鹽水泥或不摻混合材混凝土,其折算系數(shù)應(yīng)大些;需要說明的是, 如對于相同的養(yǎng)護(hù)條件(如完全潮濕環(huán)境) ,較高的養(yǎng)護(hù)溫度又能促進(jìn)混合材的二次水化反應(yīng)。筆者曾對一定條件下不同養(yǎng)護(hù)溫度、成熟度與強(qiáng)度關(guān)系作了一些試驗(yàn)性探索,數(shù)據(jù)表明由于上述混凝土組份變化的原因(水泥、混凝土技術(shù)發(fā)展必然會(huì)出現(xiàn)的多元性) ,某些因素更成為主導(dǎo)因素,各因素的作用疊加而影響成熟度與強(qiáng)度的關(guān)系,這里不再詳述。

5 　同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件與相應(yīng)部位結(jié)構(gòu)混凝土的關(guān)系

    比較同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件與結(jié)構(gòu)實(shí)體的混凝土,雖然配合比、攪拌工藝和養(yǎng)護(hù)溫度(不考慮水化熱引起的溫升) 相同,但在混凝土的澆筑、搗實(shí)成型乃至養(yǎng)護(hù)方面(雖然規(guī)范要求采取相同的養(yǎng)護(hù)方法,但這里主要指其所能達(dá)到的養(yǎng)護(hù)效果) 還存在較大差別,因而兩者的強(qiáng)度也存在一定差異。對同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件, 按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的制作方法(GB/T50081-2002) ,在相對很小的試模體積內(nèi)完全能充分均勻與密實(shí)。但對結(jié)構(gòu)實(shí)體的混凝土則不僅如此。對板塊結(jié)構(gòu),如樓面,在垂直方向厚度小,一般100mm左右,澆搗方便,更易形成均勻密實(shí)的混凝土,而且硬化后的混凝土養(yǎng)護(hù)方便(澆水、覆蓋或蓄水等) ,因此與同條件試件的養(yǎng)護(hù)條件相近,故結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度應(yīng)與同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件強(qiáng)度相近。而對于豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件,如柱、剪力墻等,由于垂直方向長而水平截面小,配筋率相對較高,混凝土澆筑中拌合物在垂直方向自由落體以及與模板、鋼筋碰撞難免會(huì)導(dǎo)致離析,同時(shí)振搗較為困難,易發(fā)生漏振或過振,對于需分層澆筑的,在結(jié)合面也易造成離析分層,造成結(jié)構(gòu)總體上均勻性比同條件養(yǎng)護(hù)試件差;從養(yǎng)護(hù)看,側(cè)面養(yǎng)護(hù)條件明顯不及樓面和同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件,所以,總體上豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)體強(qiáng)度可能比同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件強(qiáng)度偏低。值得關(guān)注的是,水泥的水化熱對大體積混凝土強(qiáng)度的影響,水泥的水化熱會(huì)使混凝土內(nèi)部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大氣溫度,例如2.5m厚的硅酸鹽水泥混凝土內(nèi)部溫升高達(dá)40℃,而摻30%粉煤灰后的溫升也可達(dá)30℃,即大體積混凝土內(nèi)的養(yǎng)護(hù)溫度比同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件高30℃。在相同的齡期,大體積混凝土的成熟度要比同條件養(yǎng)護(hù)的大,其強(qiáng)度自然會(huì)比同條件養(yǎng)護(hù)試件高,對于摻礦物摻合料的大體積混凝土更是如此(原因如前4.3 所述) ,故在同一等效養(yǎng)護(hù)齡期,大體積混凝土(特別是摻礦物摻合料) 結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度要高于同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度。

6 　結(jié)語

    6.1 　同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度基本上反映了結(jié)構(gòu)實(shí)體相應(yīng)部位的強(qiáng)度,但與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件的試件強(qiáng)度有一定差異,也不完全等同于結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土的強(qiáng)度。

    6.2 　同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件的試件強(qiáng)度的差異主要在于養(yǎng)護(hù)濕度不同的緣故。

    6.3 　同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度的差異主要因拌合物的澆筑、搗實(shí)和養(yǎng)護(hù)條件不盡相同所致。

    6.4 　大體積混凝土(特別是摻礦物摻合料) 中,由于水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部養(yǎng)護(hù)溫度升高,結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度可能高于同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度。