[關(guān)鍵詞] 混凝土耐久性;抗裂;抗?jié)B;不可見孔隙缺陷;可見與不可見裂縫;完美濕養(yǎng)護(hù)
1 前言
商品混凝土的應(yīng)用,大大提高了建筑質(zhì)量,促進(jìn)混凝土技術(shù)的發(fā)展。商品混凝土包括了高性能混凝土、高強(qiáng)混凝土、大摻量摻合料混凝土、流態(tài)混凝土、泵送混凝土、自密實(shí)自流平混凝土等現(xiàn)代混凝土。在商品混凝土的推廣階段,習(xí)慣于傳統(tǒng)施工養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)的人們,或多或少還不大適應(yīng)商品混凝土的使用,或被商品混凝土帶來的一些新問題所困惑。沸沸揚(yáng)揚(yáng)的混凝土早期開裂問題,是近年建筑質(zhì)量投訴的熱點(diǎn),因之也引起業(yè)內(nèi)和社會(huì)的共同關(guān)注,有關(guān)裂縫和裂縫控制的文章不勝枚舉[ 1 ] 。
混凝土耐久性問題則是現(xiàn)代混凝土被關(guān)注的另一熱點(diǎn)。1983 年,日本提出了混凝土的主要問題是耐久性問題[2 ] ; 1987 年,混凝土耐久性問題在美國(guó)又引起轟動(dòng)[3 ] 。有人預(yù)言,我國(guó)將在21 世紀(jì)前期進(jìn)入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)維修的高峰期[4 ,5 ] 。修復(fù)這些工程,需要巨額資金[4 ,5 ] 。如此,將影響國(guó)家可持續(xù)發(fā)展。解決問題的根本辦法就是提高混凝土的耐久性[4 ] ,走綠色化的發(fā)展道路。我國(guó)一些著名的混凝土專家, 對(duì)混凝土耐久性問題都給予了高度關(guān)注[1～9 ] 。
以上兩個(gè)被深切關(guān)注的熱點(diǎn)問題是互相聯(lián)系的。混凝土開裂,使其抵御環(huán)境有害介質(zhì)侵蝕的能力減弱,耐久性降低。早期開裂的原因是多方面的[1 ,6 ] ,整體論方法控制混凝土早期開裂[ 1 ] 和提高耐久性[3 ] 十分必要。近年來混凝土原材料和配合比的變化,是早期開裂的重要原因[6 ] 。工程實(shí)踐表明,只要對(duì)商品混凝土實(shí)行“及時(shí)而充分”的濕養(yǎng)護(hù),就能使早期開裂得到有效地控制。本文的作者們于1997 年混凝土公司成立后,在質(zhì)檢、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工等有關(guān)部門的大力支持下,較快地成功控制了商品混凝土的早期開裂,并進(jìn)而成功地穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)低強(qiáng)度混凝土的高抗?jié)B性[10 ,11 ] 。此成果促使作者對(duì)傳統(tǒng)的濕養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行了反思,認(rèn)為濕養(yǎng)護(hù)還存在著有待挖掘的深層次作用潛力。本文之所以為商品混凝土濕養(yǎng)護(hù)立論,是因?yàn)樵絹碓蕉嗟墓こ虒?shí)際顯示了它對(duì)混凝土抗?jié)B、抗裂以及耐久性的重要性。
2 不可見裂縫和不可見孔隙缺陷應(yīng)列為控制目標(biāo)
實(shí)際工程中,對(duì)混凝土的濕養(yǎng)護(hù),應(yīng)是以不可見裂縫和不可見孔隙缺陷為控制目標(biāo),而不是傳統(tǒng)濕養(yǎng)護(hù)以可見裂縫或可見有害裂縫為控制目標(biāo)。只要有效控制不可見裂縫和不可見孔隙缺陷,沸沸揚(yáng)揚(yáng)的早期開裂問題就會(huì)迎刃而解。
混凝土在承受荷載之前,其表面或內(nèi)部往往已經(jīng)存在微裂縫和孔隙缺陷。既有物理作用產(chǎn)生的,也有化學(xué)作用產(chǎn)生的。除了大的氣孔外,這些孔隙缺陷都是不可見的。很多時(shí)候,這些處于初始階段的微裂縫也都是不可見的。長(zhǎng)期以來,人們從結(jié)構(gòu)使用安全角度考慮,一般認(rèn)為,這些微裂縫和孔隙缺陷是無害的。并且,有些可見裂縫也是無害的。只不過從用戶心理承受的角度以及保護(hù)鋼筋減緩被侵蝕的角度考慮,對(duì)這些可見裂縫加以控制,使其分布均勻,寬度減小。人們?cè)诳刂屏芽p的分布與寬度方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),有比較成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
但是,從混凝土耐久性的角度考慮,作者認(rèn)為,不僅所有可見裂縫是有害的,所有不可見裂縫和引起抗?jié)B性能降低的不可見孔隙缺陷也都是有害的?；炷聊途眯阅艿慕档?起因于混凝土的開裂和抗?jié)B性能的降低,而其開裂和抗?jié)B性能的降低,又源于其表面的和內(nèi)部的不可見裂縫和不可見孔隙的初始缺陷。除了特殊情況引發(fā)的瞬時(shí)集中荷載可能使裂縫突然發(fā)生和擴(kuò)展外,一般情況下,裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展總是要經(jīng)過由小到大、由不可見到可見的發(fā)展過程。而處于微觀的不可見階段的微裂縫,在實(shí)際工程中往往不被重視。1994 年,Mehta 強(qiáng)調(diào)了微裂縫和孔隙是引起混凝土劣化的初因[3 ] 。格雷菲斯( Griffith) 脆性斷裂理論指出在裂縫兩端存在應(yīng)力集中[ 12 ] 。同理,在裂縫底部也存在尖端應(yīng)力集中。在荷載應(yīng)力和收縮應(yīng)力的作用下,裂縫在沿長(zhǎng)度方向擴(kuò)展的同時(shí),也會(huì)沿底部向縱深擴(kuò)展,直至貫穿。從能量的觀點(diǎn)來看,已有裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展比形成新的裂縫更容易[ 1 ] 。換言之,如果不可見裂縫得到控制,混凝土的抗裂能力也必然得到提高。
混凝土內(nèi)部還存在大量孔隙。各種孔隙在混凝土中占據(jù)的體積不低于8 %～10 %[12 ] 。例如,水泥用量320kg ,用水量180kg 的1m3 混凝土中,28d 齡期的孔隙體積約為13.2 %[13 ] 。水泥石中的孔隙按孔徑大小可以概略分為凝膠孔、毛細(xì)孔以及介于兩者之間的過渡孔[14 ] 。凝膠孔的孔徑一般為15 ～30 ! ,是水泥水化產(chǎn)物C - S - H 凝膠體內(nèi)部的孔隙,占凝膠體積的28 %;按照鮑威爾斯( Power s) 的觀點(diǎn),毛細(xì)孔則是水泥2水體系中沒有被水化產(chǎn)物填充的原來充水空間,其孔徑尺寸一般大于1000 ! ;過渡孔是凝膠粒子之間以及其他水化產(chǎn)物之間的孔隙,孔徑尺寸波動(dòng)很大[14 ] 。除了水泥石內(nèi)部的孔隙之外,水泥石與骨料之間,也常常存在界面微裂縫、空隙或孔隙。
混凝土的滲透性能取決于混凝土內(nèi)部這些孔的孔結(jié)構(gòu)特征。布然諾夫認(rèn)為,直徑大于10 - 5 cm 的微孔及毛細(xì)孔只能滲透受壓力、濕度梯度及滲透效應(yīng)作用的水,直徑小于10 - 5 cm 的微孔及毛細(xì)孔,其中包括水泥膠體的凝膠孔隙, 實(shí)際上是不透水的[13 ] 。Mehta 則認(rèn)為,只有100nm 以上的孔才對(duì)強(qiáng)度和抗?jié)B性有害[15 ] 。我們注意到,孔徑10 - 5 cm與100nm 實(shí)際上都等于1000 ! ,因此兩者的觀點(diǎn)是一致的。也就是說,混凝土抗?jié)B性能的降低,是由1000 ! 以上的毛細(xì)孔隙造成的。控制毛細(xì)孔率以及微裂縫的生成,就能夠提高混凝土的抗?jié)B性。水泥石的毛細(xì)孔隙率在0～40 %范圍內(nèi)變動(dòng)[13 ,14 ] ,說明是可以控制的。當(dāng)毛細(xì)孔隙率低于20 %時(shí),水泥石的滲透系數(shù)與大理石的滲透系數(shù)相同;當(dāng)毛細(xì)孔隙率為1414 %時(shí),其滲透系數(shù)比大理石的還低[15 ] 。試驗(yàn)與生產(chǎn)實(shí)踐都表明,只要方法合理,低強(qiáng)度混凝土的抗?jié)B等級(jí)都可以達(dá)到P30 級(jí)以上[10 ,11 ] ,這說明毛細(xì)孔隙率可以通過合理的配合比和合理的濕養(yǎng)護(hù)得到有效控制。有資料表明,混凝土的抗?jié)B等級(jí)達(dá)到P30 級(jí)以上,就相當(dāng)于砂巖和花崗巖的抗?jié)B性[16 ] 。
由此可見,要提高混凝土的耐久性,就必須提高混凝土的抗?jié)B性和抗裂性,混凝土的不可見裂縫和不可見孔隙缺陷就必須加以控制?？偟膩碚f,控制這些初始缺陷應(yīng)遵循整體論方法,專家們對(duì)此已討論得比較多,也很全面[ 1 ,3 ,6 ,7 ,8 ] 。本文則側(cè)重從濕養(yǎng)護(hù)的角度討論不可見裂縫和不可見孔隙缺陷的控制方法。濕養(yǎng)護(hù)控制方法是整體論方法中不可缺少的重要組成部分,其重要程度無論如何強(qiáng)調(diào),也許都不過分。
3 商品混凝土需要完美濕養(yǎng)護(hù)
本文提出完美濕養(yǎng)護(hù)的概念?；炷翝耩B(yǎng)護(hù)的完美程度取決于它的三大原則。混凝土完美濕養(yǎng)護(hù)的三大原則是:
a) 濕養(yǎng)護(hù)開始時(shí),混凝土表面不存在泌水缺陷;
b) 濕養(yǎng)護(hù)開始時(shí),混凝土表面不存在失水缺陷;
c) 濕養(yǎng)護(hù)過程中(早期硬化過程中) ,混凝土不出現(xiàn)失水缺陷。
我們同時(shí)必須明確,混凝土本體一旦泌水或失水,其表面或內(nèi)部就存在缺陷。很顯然,完美濕養(yǎng)護(hù)要求從振實(shí)抹平至濕養(yǎng)護(hù)結(jié)束的整個(gè)早期硬化過程,混凝土都不出現(xiàn)泌水和失水。如果濕養(yǎng)護(hù)之前已經(jīng)泌水和失水,則必須對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理,使?jié)耩B(yǎng)護(hù)開始時(shí),混凝土表面基本不存在泌水缺陷和失水缺陷。要做到真正的完美濕養(yǎng)護(hù),盡管是困難的,有時(shí)甚至是不可能的,但我們完全可以用完美濕養(yǎng)護(hù)的原則來衡量我們實(shí)際工作中濕養(yǎng)護(hù)接近或偏離完美的程度,用以評(píng)估濕養(yǎng)護(hù)對(duì)硬化混凝土性能的可能影響。
越來越多的工程實(shí)例向人們發(fā)出明確的警示:商品混凝土需要完美濕養(yǎng)護(hù)。同樣條件下,濕養(yǎng)護(hù)越接近完美,硬化混凝土的性能就越好;偏離完美濕養(yǎng)護(hù)越遠(yuǎn),混凝土的早期開裂將越嚴(yán)重,抗?jié)B性能也越低。下舉幾例:
(1) 抗?jié)B混凝土需要完美濕養(yǎng)護(hù)?？?jié)B混凝土如果濕養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、不充分,在不利氣候環(huán)境下,抗?jié)B性能將大大降低,甚至低至P1 、P2 級(jí);采用“及時(shí)而充分”的濕養(yǎng)護(hù)后,低強(qiáng)度的抗?jié)B混凝土全面實(shí)現(xiàn)了高抗?jié)B[11 ] 。比較以往一些資料,即使摻用了膨脹劑、防水劑或活性超細(xì)微粉,其抗?jié)B等級(jí)也未必都能穩(wěn)定達(dá)到P30 級(jí)以上。這說明抗?jié)B混凝土需要完美濕養(yǎng)護(hù)。
(2) 泵送混凝土需要完美濕養(yǎng)護(hù)。泵送混凝土砂漿量多,坍落度大,收縮相對(duì)較大。這是泵送混凝土比以往現(xiàn)場(chǎng)攪拌的普通混凝土更容易早期開裂的重要原因。采用“及時(shí)而充分”的濕養(yǎng)護(hù)后,備受關(guān)注的泵送混凝土現(xiàn)澆樓面板的早期開裂得到了有效控制,這說明泵送混凝土需要完美濕養(yǎng)護(hù)。表1 是條件相近的兩幢商品住宅樓,一幢采用傳統(tǒng)濕養(yǎng)護(hù)方法,一幢采用完美濕養(yǎng)護(hù)方法,其早期及后期的結(jié)果都截然不同。
(3) 高性能混凝土需要完美濕養(yǎng)護(hù)。高強(qiáng)混凝土、高性能混凝土水膠比低,泌水少,混凝土內(nèi)水遷移速度慢。“表面蒸發(fā)的水分不能及時(shí)得到補(bǔ)充,這時(shí)混凝土尚處于塑性狀態(tài),稍微受到一點(diǎn)拉力,混凝土的表面就會(huì)出現(xiàn)分布不規(guī)則的裂縫。出現(xiàn)裂縫以后,混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進(jìn)一步加快,于是裂縫迅速擴(kuò)展”[17 ] 。大摻量粉煤灰泵送混凝土,是一種高性能化特征明顯的混凝土,工程實(shí)踐表明,如果濕養(yǎng)護(hù)盡可能接近完美程度,不但早期未發(fā)現(xiàn)可見裂縫[10 ] ,至今中后期仍未發(fā)現(xiàn)可見裂縫。這說明良好的濕養(yǎng)護(hù)使早期的不可見裂縫和不可見孔隙缺陷都得到了有效地控制。
(4) 大體積混凝土需要完美濕養(yǎng)護(hù)。在盡量減少混凝土內(nèi)部溫升的前提下,大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)是一項(xiàng)關(guān)鍵的工作[ 18 ] 。實(shí)際工程中,作者向施工單位推薦即時(shí)水養(yǎng)護(hù)或二次抹壓后立即蓄水養(yǎng)護(hù),認(rèn)為對(duì)于大體積混凝土,這是最好的養(yǎng)護(hù)方法。養(yǎng)護(hù)水有利于吸收混凝土的水化熱,降低水化熱峰值;有利于混凝土表面保溫,提高混凝土表面溫度,減小混凝土內(nèi)外溫差;有利于混凝土表面充分保濕,避免混凝土表面干縮,避免或減小混凝土表面收縮應(yīng)力。幾年來,凡采用這種養(yǎng)護(hù)工藝的大體積混凝土工程,無一開裂。
4 濕養(yǎng)護(hù)7 天,關(guān)鍵前3 天,最關(guān)鍵第1 天
以往現(xiàn)場(chǎng)攪拌的普通混凝土,是在混凝土終凝后才開始濕養(yǎng)護(hù)的,一般不覆蓋,每天澆水約2～5次。只要不出現(xiàn)可見裂縫,就認(rèn)為濕養(yǎng)護(hù)滿足要求。即使出現(xiàn)少量裂縫,只要裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)無害,也不是很介意。只有裂縫出現(xiàn)較多,或較長(zhǎng)、較寬時(shí),才被認(rèn)為養(yǎng)護(hù)不夠,采取的措施一般也是增加澆水次數(shù)。這已成為被沿襲下來的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)習(xí)慣。
近年來頻頻發(fā)生的混凝土早期開裂現(xiàn)象,向這種傳統(tǒng)的濕養(yǎng)護(hù)方法發(fā)出了挑戰(zhàn)。早期開裂,固然與近年來混凝土原材料以及配合比的變化有關(guān),然而,工程實(shí)踐也表明,“及時(shí)而充分”的濕養(yǎng)護(hù),對(duì)現(xiàn)代混凝土早期開裂的控制,效果是顯著的。結(jié)合以往普通混凝土耐久性能的降低[ 4 ,5 ] ,使我們不得不重新審視傳統(tǒng)濕養(yǎng)護(hù)方法的合理性。作者認(rèn)為,傳統(tǒng)方法養(yǎng)護(hù)的混凝土,即使沒有發(fā)現(xiàn)可見裂縫,也不能說明它就是合理的。從完美濕養(yǎng)護(hù)的觀點(diǎn)來看,傳統(tǒng)濕養(yǎng)護(hù)方法,是既不夠及時(shí)也不夠充分的,在不利氣候環(huán)境下,混凝土內(nèi)部必然存在大量的不可見孔隙缺陷,導(dǎo)致抗?jié)B性能降低,甚至完全喪失抗?jié)B能[11 ] 。
按照作者的觀點(diǎn),混凝土配合比的拌合用水是混凝土的重要組成部分,在已澆筑振動(dòng)密實(shí)成型的
混凝土中占有一定空間,不可以損失。這部分水所占的空間,最終只能由水化產(chǎn)物填充,而不能由空氣填充。由水化產(chǎn)物完全填充,是混凝土發(fā)育良好的表現(xiàn);水分損失后由空氣填充,則會(huì)成為失水缺陷。損失越多,混凝土缺陷也越嚴(yán)重。防止和防治這些缺陷的最好辦法也就是利用膠凝材料的水化產(chǎn)物及時(shí)填補(bǔ)。以早期水化和后期水化的階段劃分,其方法有二:一是從振實(shí)抹平開始至濕養(yǎng)護(hù)結(jié)束,必須防止混凝土失水,防止失水也就防止了失水缺陷的生成;二是考慮水泥早期水化有一定的未水化水泥顆粒以及一定的摻合材料,利用膠凝材料后期的水化產(chǎn)物使微裂縫和微孔隙缺陷自愈合,稱自愈作用。后者已引起專家重視[1 ] ,而前者至今還沒有被提到“必須”的認(rèn)識(shí)程度上來。作者認(rèn)為,對(duì)防治混凝土的微缺陷,兩者都是重要的,但前者比后者更重要。混凝土振實(shí)抹平后,從易于流動(dòng)的流塑性狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎硰椥泽w,并逐步具有初始強(qiáng)度,這是混凝土最容易蒸發(fā)失水、最容易形成失水缺陷的階段,同時(shí)也是水泥水化最活躍、混凝土發(fā)展最快的階段。只要配合比合理,混凝土成型后不失水,拌合水原占據(jù)的空間很容易被水化產(chǎn)物完全填充,使孔隙缺陷消除,混凝土孔結(jié)構(gòu)細(xì)化,從而實(shí)現(xiàn)高抗?jié)B[ 11 ] 。膠凝材料后期的水化,則要具備一定的條件,水化也很緩慢。因此,這些充水空間早期填充比后期填充要容易得多。作者同時(shí)認(rèn)為,混凝土的不可見裂縫和不可見孔隙缺陷,不是互相獨(dú)立而是密切相關(guān)的?；炷潦畷r(shí),總是先形成不可見孔隙缺陷而后才可能形成不可見裂縫。孔隙缺陷的形成先從混凝土表面開始,隨著失水量的增多,孔隙缺陷逐漸向深處發(fā)展。隨著孔隙加深,孔內(nèi)水的液面下降,孔內(nèi)負(fù)壓逐漸增大,產(chǎn)生收縮力,使混凝土收縮[12 ] 。暴露在大氣中的混凝土,表面失水最多,從外向內(nèi)形成濕度梯度,因此混凝土表面收縮應(yīng)力最大。這時(shí)混凝土尚不具備強(qiáng)度,或強(qiáng)度還很低,還不足以抵抗這種收縮應(yīng)力,于是產(chǎn)生不可見裂縫,以釋放應(yīng)力。由此可見,如果我們控制了混凝土中不可見孔隙缺陷的生成,也就控制了混凝土的不可見裂縫。
根據(jù)作者的試驗(yàn)資料和生產(chǎn)資料,商品混凝土的7d 強(qiáng)度約為28d 強(qiáng)度的60 %～ 85 % , 一般為72 %左右。規(guī)范要求濕養(yǎng)護(hù)7 天,是合理的。最好能保持7 天不失水。在這7 天中,時(shí)間越靠前,混凝土越容易失水,越容易形成缺陷,防止失水也越重要。3d 強(qiáng)度約為28d 強(qiáng)度的35 %～60 % ,一般為48 %左右,所以前3 天防止失水尤為關(guān)鍵。前3 天若失水,之后繼續(xù)澆水保濕至7 天,工程實(shí)際表明,效果已很不錯(cuò)。而第一天,則又為關(guān)鍵前3 天中的關(guān)鍵。如果第一天失水過多,所造成的缺陷可能以后都很難彌補(bǔ)。有的工程第一天不注意保養(yǎng),第二天才蓄水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)結(jié)束以后,板面還是開裂了。分析其原因,第一天已經(jīng)有裂縫產(chǎn)生。也有的工程,同配比不同部位的抗?jié)B混凝土分次施工,每次抽樣送檢的試件抗?jié)B等級(jí)都很高,偶爾一次由于特殊原因造成疏忽,第一天沒有保養(yǎng),試件露天下放置一天后, 第二天脫模浸水, 結(jié)果最高抗?jié)B壓力只有013MPa 。這說明第一天的不養(yǎng)護(hù)致使粗大的毛細(xì)孔已經(jīng)形成。但養(yǎng)護(hù)良好的攪拌站生產(chǎn)抽樣試件依然達(dá)到高抗?jié)B。還有很多的工程實(shí)例也都表明,第一天“及時(shí)而充分”的濕養(yǎng)護(hù),無論是對(duì)于混凝土的抗裂性還是抗?jié)B性,都至關(guān)重要。工程實(shí)際的結(jié)果與作者的生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果[11 ] 是一致的。所以,作者向施工單位推薦的養(yǎng)護(hù)原則是:濕養(yǎng)護(hù)7 天,關(guān)鍵前3 天,最關(guān)鍵第1 天。不管用什么方式保養(yǎng),都要達(dá)到不失水的目的。在不失水的前提下,再考慮是否需要保溫等其他輔助措施。這一原則被一些施工單位堅(jiān)持,對(duì)工程實(shí)際的防滲抗裂效果十分顯著。
5 所謂“及時(shí)而充分”的濕養(yǎng)護(hù)
作者在文獻(xiàn)10 、11 、19 都提到了“及時(shí)而充分”的濕養(yǎng)護(hù),闡述了其操作方法,這里作進(jìn)一步的解釋。
(1) 何謂“及時(shí)”
所謂“及時(shí)”,它符合完美濕養(yǎng)護(hù)的第一、第二原則,即濕養(yǎng)護(hù)開始時(shí),混凝土表面不存在泌水缺陷和失水缺陷?；炷恋拿谒ǖ兰礊槊谒毕?混凝土的失水通道與隨之發(fā)展的可見與不可見裂縫,即為失水缺陷。如果濕養(yǎng)護(hù)開始時(shí),混凝土表面的這些缺陷得到有效消除,濕養(yǎng)護(hù)就是及時(shí)的,否則就是不及時(shí)的。濕養(yǎng)護(hù)及時(shí)不及時(shí),以及不及時(shí)的程度,主要不是看從振實(shí)抹平到開始濕養(yǎng)護(hù)這段時(shí)間的長(zhǎng)短,而是要看濕養(yǎng)護(hù)開始時(shí),混凝土失水的多少,以及失水缺陷是否得到消除混凝土失水越多,缺陷將越嚴(yán)重,則表明濕養(yǎng)護(hù)越不及時(shí);但如果缺陷得到有效的消除,這時(shí)開始的濕養(yǎng)護(hù)則是及時(shí)的。
(2) 何謂“充分”
所謂“充分”,它符合完美濕養(yǎng)護(hù)的第三原則,也就是在早期硬化過程中,即濕養(yǎng)護(hù)的整個(gè)過程中,混凝土都不失水。與判斷濕養(yǎng)護(hù)是否及時(shí)相似,判斷濕養(yǎng)護(hù)是否充分,主要不是看濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間的長(zhǎng)短,而是看在濕養(yǎng)護(hù)期間,混凝土體內(nèi)是否失水。整個(gè)期間不失水,則養(yǎng)護(hù)是充分的,否則就是不充分的。失水越多,養(yǎng)護(hù)越不充分,養(yǎng)護(hù)期間產(chǎn)生的缺陷也越嚴(yán)重。蓄水養(yǎng)護(hù),混凝土不會(huì)失水,無疑,養(yǎng)護(hù)是充分的。覆蓋養(yǎng)護(hù),要使養(yǎng)護(hù)期間不失水,則要嚴(yán)格操作,不可敷衍了事。覆蓋物應(yīng)有良好的吸水性,覆蓋時(shí)應(yīng)互相銜接。覆蓋物務(wù)必“帶水”[ 11 ] ,符合“足水”原則[ 19 ] 。由此可見,判斷混凝土濕養(yǎng)護(hù)是否及時(shí)和充分,主要依據(jù)完美濕養(yǎng)護(hù)的原則。濕養(yǎng)護(hù)開始時(shí),混凝土表面不存在泌水缺陷和失水缺陷;濕養(yǎng)護(hù)過程中,混凝土不出現(xiàn)失水缺陷。
6 二次抹壓的作用不可忽視
混凝土澆灌振動(dòng)密實(shí)后,為了表面的平整度,必須用木抹子將表面抹平,稱為“一次抹平”。一次抹平后,如果不立即養(yǎng)護(hù),至混凝土凝結(jié)前,必須至少再抹一次,這次不只是抹平,還要“壓”,將混凝土表面抹壓密實(shí),故稱為“二次抹壓”。二次抹壓的主要作用有三:一是消除混凝土的表面缺陷,二提高混凝土表層的密實(shí)度,三是表層密實(shí)度提高后,減緩了混凝土內(nèi)水分遷移蒸發(fā)的速度,提高了混凝土的抗裂能力。
從一次抹平至二次抹壓,是混凝土逐漸初凝的過程,有較長(zhǎng)一段時(shí)間。只要環(huán)境相對(duì)濕度低于100 % ,混凝土就會(huì)失水,形成失水缺陷。這些缺陷不消除,在混凝土繼續(xù)失水的情況下,孔道進(jìn)一步加深,裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展,使混凝土抗?jié)B性能降低,或者開裂,降低其耐久性。大量的工程實(shí)踐表明,在濕養(yǎng)護(hù)不夠及時(shí)、不夠充分的情況下(例如傳統(tǒng)濕養(yǎng)護(hù)) ,只有一次抹平而沒有二次抹壓,混凝土的開裂將很嚴(yán)重。實(shí)施二次抹壓后,開裂程度減輕。因此,除非實(shí)施即時(shí)養(yǎng)護(hù),使混凝土表面不能生成失水缺陷,否則二次抹壓工藝是必須的。
二次抹壓相當(dāng)于對(duì)混凝土表面進(jìn)行再一次密實(shí)成型,由此消除已形成的初始缺陷。由于失水,混凝土表面水膠比降低,與一次抹平相比,提高了混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度,從而提高了表層混凝土的質(zhì)量。這對(duì)混凝土耐久性的提高十分重要。施工質(zhì)量保證中作為耐久性的特別重要的對(duì)象,就是表層混凝土的質(zhì)量(密實(shí)度和防裂) 與保護(hù)層厚度[8 ] 。值得注意的是,這里指的是表層混凝土的質(zhì)量,而不僅僅是表面混凝土的質(zhì)量。在二次抹壓工藝中,現(xiàn)在人們往往習(xí)慣于抹刀手工抹壓,不僅效率低,力度也不夠。當(dāng)缺陷由表及里發(fā)展較深時(shí),將很難消除。二次抹壓最好采用圓盤式抹光機(jī),消除表面缺陷與密實(shí)表層的作用比抹刀好, 效率也高[10 ,11 ,19 ] 。二次抹壓后,必須立即對(duì)混凝土進(jìn)行充分的濕養(yǎng)護(hù),以避免混凝土再次失水。只有這樣,才能保證混凝土早期發(fā)育良好,提高硬化混凝土的質(zhì)量,為混凝土耐久性的提高打下早期質(zhì)量基礎(chǔ)。
7 泌水混凝土濕養(yǎng)護(hù)前必須經(jīng)過封閉泌水通道的處理
泌水是混凝土拌合物常見的一種現(xiàn)象。泌水使拌合物和硬化混凝土的性能降低。泌水與離析常相伴出現(xiàn),降低了混凝土的勻質(zhì)性。泌水產(chǎn)生泌水通道,這些通道往往是連通孔,孔徑粗大,使混凝土的抗?jié)B性能急劇降低。另外,泌水帶動(dòng)膠凝材料漿體上浮,上浮漿體遇到粗骨料阻擋,沉積在粗骨料的下方,形成界面薄弱結(jié)構(gòu);或者上浮至混凝土表面,形成表面浮漿,降低表面混凝土質(zhì)量。作者研究了用水量高、坍落度大、泌水較明顯的泵送混凝土的抗?jié)B性,作了不同形式的抗?jié)B對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果列于表2 。從表2 可以看出,泌水混凝土不宜即時(shí)養(yǎng)護(hù)。施工中濕養(yǎng)護(hù)前必須經(jīng)過封閉、抹壓處理[19 ] ,才能提高其抗?jié)B性。從表2 還可以看出,初凝前的二次振動(dòng),也能夠有效提高大流動(dòng)度泌水混凝土的抗?jié)B性。二次振動(dòng)能更好地封閉或者消除已形成的泌水通道和失水通道,混凝土內(nèi)充水空間因此容易被水化產(chǎn)物完全填充,使混凝土實(shí)現(xiàn)高抗?jié)B。需要注意的是,二次振動(dòng)后,或在跟隨二次振動(dòng)的二次抹壓之后,必須立即對(duì)混凝土實(shí)施水養(yǎng)護(hù)或“足水”養(yǎng)護(hù)[19 ] ,否則,在不利環(huán)境影響下,混凝土再次失水,抗?jié)B等級(jí)仍然難以提高,甚至還會(huì)完全喪失抗?jié)B能力[11 ] 。
8 應(yīng)從耐久性高度關(guān)注商品混凝土的濕養(yǎng)護(hù)
Burrows 在《混凝土的可見與不可見裂縫》一書的前言中開宗明義地指出:“以往混凝土因崩潰而劣化,現(xiàn)在則因開裂而劣化”[ 20 ] 。一語中的,道出了混凝土對(duì)環(huán)境介質(zhì)的抵抗力為什么會(huì)變差的根本原因。作者則認(rèn)為,以往混凝土劣化以崩潰為主,也有開裂;現(xiàn)在混凝土劣化以開裂為主,也有崩潰。所謂崩潰,是因?yàn)榛炷量節(jié)B性能很差,環(huán)境有害介質(zhì)容易滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部加速腐蝕的一種劣化形式。
混凝土主要劣化方式的轉(zhuǎn)變,是由于原材料和配合比的變化造成的?，F(xiàn)在混凝土因開裂而劣化,這是現(xiàn)代混凝土的“缺點(diǎn)”。那么,致使以往混凝土劣化的原因又是什么呢? 以往混凝土早期不容易開裂,這是以往混凝土抗裂能力“強(qiáng)”的一個(gè)“優(yōu)勢(shì)”。然而,事物總是一分為二的,正是這個(gè)“優(yōu)點(diǎn)”,造就了它的“缺點(diǎn)”。水泥顆粒粗,混凝土強(qiáng)度等級(jí)低,膠結(jié)料用量少,水膠比大,成型后混凝土拌合物中水占空間大,水化產(chǎn)物很難將充水空間完全填充密實(shí)。如果濕養(yǎng)護(hù)趨向完美,這些孔隙將得到一定程度的細(xì)化,抗?jié)B性能會(huì)有所改善。但因其水化慢,即使?jié)耩B(yǎng)護(hù)完美,要完全填充這些孔隙,需時(shí)也會(huì)較長(zhǎng)。傳統(tǒng)的濕養(yǎng)護(hù)方法,是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這種需要的。因此,總體上說,以往混凝土的抗?jié)B性能必定比現(xiàn)代混凝土的差,這也就是以往混凝土因崩潰而劣化的根本原因。以往混凝土也有開裂,只不過裂縫數(shù)量較少而已。以往混凝土與現(xiàn)在混凝土的開裂方式有所不同。以往混凝土因?yàn)樗w移速度快,濕度梯度小, 混凝土趨向于整體收縮,當(dāng)收縮應(yīng)力大于當(dāng)時(shí)混凝土的抗拉應(yīng)力時(shí),混凝土才會(huì)開裂。同樣地,開裂也不是現(xiàn)在混凝土劣化的唯一方式?，F(xiàn)代混凝土即使完全滿足抗?jié)B設(shè)計(jì)要求,強(qiáng)度等級(jí)也較高,也還有可能會(huì)完全喪失抗?jié)B能力[11 ] 。
因此,作者認(rèn)為,由不可見孔隙缺陷引起的混凝土抗?jié)B性能的降低和混凝土的開裂,是加快混凝土劣化,降低耐久性的兩種基本類型。不管是以往還是現(xiàn)在,這兩種類型都是存在的。今天我們傾全力控制混凝土早期開裂的同時(shí),千萬不能忽視控制引起抗?jié)B性能降低的孔隙缺陷,否則就會(huì)顧此失彼,還走彎路。
為了提高混凝土的耐久性,混凝土高性能化的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn),綠色高性能混凝土又將是混凝土技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大方向,廣大混凝土科技工作者都應(yīng)為之努力奮斗。但是,如果只有原材料和配合比的研究,沒有完美濕養(yǎng)護(hù)作為保證條件,混凝土的孔隙缺陷以及不可見裂縫還將容易產(chǎn)生,我們的工作有可能是事倍功半;完美濕養(yǎng)護(hù)的投入實(shí)際很少很少,工作做好了,我們得到的回報(bào)將是事半功倍。以往普通混凝土的平均壽命約為40 年[4 ,5 ] 。完美濕養(yǎng)護(hù)使高性能化混凝土的抗?jié)B、抗裂能力較以往都有大幅度提高,其建筑物的平均一次性(不用大修) 使用壽命提高至100 年或100 年以上[21 ] ,是完全有可能的。由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,不可低估。因此,我們應(yīng)當(dāng)從耐久性的高度關(guān)注商品混凝土的濕養(yǎng)護(hù)。
9 結(jié)語
綜上所述,要提高混凝土的耐久性,必須控制不可見孔隙缺陷和不可見裂縫,以提高混凝土的抗?jié)B性和抗裂性?；炷量?jié)B性能的降低和開裂是引發(fā)混凝土過早劣化的兩種基本類型。要控制混凝土的不可見裂縫,首先要控制混凝土的不可見孔隙缺陷,因?yàn)椴豢梢娍紫度毕莸男纬捎质且l(fā)不可見裂縫的初因。因此,問題就歸結(jié)為一點(diǎn):必須控制混凝土的不可見孔隙缺陷。完美濕養(yǎng)護(hù)是控制不可見孔隙缺陷必不可少的基本方法,因而也是提高混凝土耐久性的最基本方法。無論以往的混凝土還是現(xiàn)在的混凝土,完美濕養(yǎng)護(hù)都是需要的。本文闡述一些觀點(diǎn)的核心問題就是混凝土早期失水問題,采取有效措施控制混凝土早期失水,避免形成失水缺陷,是提高混凝土抗?jié)B抗裂能力、提高耐久性非常重要的手段。今后更多的工程實(shí)踐,還將客觀地對(duì)本文的觀點(diǎn)加以驗(yàn)證和修正。
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