蒸養(yǎng)混凝土

蒸養(yǎng)混凝土

1蒸養(yǎng)混凝土的特性

水泥水化反應(yīng)加速

      水泥的水化作用和強(qiáng)度的增長，都是隨著溫度的升高而加速的。一般都認(rèn)為，蒸汽養(yǎng)護(hù)除加快水泥水化反應(yīng)速度外，在化學(xué)上沒有別的影響。但有人卻認(rèn)為，蒸汽養(yǎng)護(hù)也能對混凝土的技術(shù)性質(zhì)產(chǎn)生影響。
      通過蒸汽養(yǎng)護(hù)，提高混凝土的反應(yīng)溫度，在初期的供熱升溫階段，主要是依靠蒸汽在混凝土上的凝結(jié)放熱將蒸汽熱傳給混凝土，對流放熱作用是次要的。
      熱量在混凝土內(nèi)部的傳熱過程，主要決定于混凝土的特性、混凝土配合比以及混凝土的硬化程度等。比較起來，濕混凝土的傳熱性比干混凝土好，高溫下的傳熱性比低溫下的傳熱性好。
      混凝土的加熱升溫，除主要靠外界的蒸汽放熱外，水泥的水化熱也起著一定的作用。當(dāng)經(jīng)過一定時(shí)間的蒸汽加熱之后.混凝土內(nèi)部溫度上升到等于表面溫度或蒸汽溫度時(shí)，即不再向內(nèi)傳熱。當(dāng)水化熱繼續(xù)釋放，內(nèi)部溫度有可能超過外界溫度時(shí)，蒸汽即不再在混凝土表面凝結(jié)，表層水分還可能蒸發(fā)。在排放蒸汽的降溫階段，由于蒸汽飽和壓力急劇下降，混凝土內(nèi)部氣壓高于環(huán)境氣壓，也會引起混凝土內(nèi)部水分向外轉(zhuǎn)移和蒸發(fā)。這種現(xiàn)象，在隔著模板加熱的情況下要好一些。

膨脹性加劇

      在新澆混凝土的幾種組成材料中，由于熱膨脹系數(shù)互不相同，因此在升溫、降溫中，將對混凝土產(chǎn)生不同的作用。在升溫中，骨料的膨脹作用較小[(30～40)×10-6/℃]，水的膨脹作用較大[(255～744)×l0-6/℃]，約為骨料或水泥石[(40～60)×l0-6/℃]的10倍。濕空氣泡的膨脹作用則更大[(3700～9000)×10-6/℃]，超過骨料或水泥石100倍。
      隨著溫度的升高，一部分水將轉(zhuǎn)化為氣，從而更加劇膨脹作用。這種膨脹作用，會增加混凝土中的孔隙量，而且由于孔內(nèi)壓力的增加，還會引起內(nèi)部產(chǎn)生微細(xì)裂紋。嚴(yán)重的可在混凝土表面產(chǎn)生明顯的裂縫，造成酥松，表現(xiàn)出“腫脹”狀態(tài)。這一點(diǎn)，是應(yīng)該引起重視的?；炷猎诮禍刂羞€會產(chǎn)生冷縮，但這種冷縮一般不致招來對混凝土的損害。
      前面談到，在升溫或降溫中，由于混凝土表里之間的溫度梯度及產(chǎn)生的氣壓差，會造成水、氣轉(zhuǎn)移，而且在混凝土中形成定向通路。在升溫期間，由于蒸汽冷凝水積集在混凝土表面并向內(nèi)轉(zhuǎn)移，這對于未凝結(jié)的水泥漿，將會導(dǎo)致水灰比增大，造成表層起皮現(xiàn)象。
      另外，混凝土在蒸養(yǎng)中，由于表里溫差形成的溫度應(yīng)力也是不可忽視的。特別是在降溫期間，由于表層的急劇降溫，容易產(chǎn)生拉應(yīng)力以致出現(xiàn)裂縫。所以在有關(guān)蒸養(yǎng)規(guī)范中，根據(jù)構(gòu)件的大小，對升溫相降溫期間的內(nèi)外溫差，都做了相應(yīng)的限制。

影響后期強(qiáng)度發(fā)展

      大家知道，混凝土強(qiáng)度的增長，主要決定于水泥凝結(jié)硬化過程中晶體一膠體體系的發(fā)展與變化。其中，膠體新生物比晶體新生物更能發(fā)揮強(qiáng)度作用。但在濕熱養(yǎng)護(hù)中，溫度愈高，形成的晶體新生物尺寸愈大;晶體尺寸過大，則意味著分散度小，這對于后期強(qiáng)度的發(fā)展是不利的。此外，在高溫蒸養(yǎng)中，由于膠體新生物的析出速度加快，并在未水化的水泥粒子周圍積聚一層膠體薄膜，而且膠膜逐漸增厚，阻礙水分深入和水泥粒子的水化發(fā)展，從而使后期強(qiáng)度受到阻礙。溫度愈高，此種現(xiàn)象愈嚴(yán)重。但是，如果蒸養(yǎng)制度合適，在此情況下，混凝土的后期強(qiáng)度仍可繼續(xù)得到發(fā)展。例如有預(yù)養(yǎng)期、升溫較慢，且熱養(yǎng)溫度不太高、時(shí)間也不太長的蒸養(yǎng)制度下，后期強(qiáng)度仍然可以得到較好的發(fā)展。
      混凝土蒸養(yǎng)完畢，后期放置條件與后期養(yǎng)護(hù)方法，對后期強(qiáng)度的影響也是很大的。放進(jìn)水中比放在空氣中好，放在溫度較高的地方比放在溫度較低的地方好。
      蒸養(yǎng)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，開始是成直線增長的。隨著蒸養(yǎng)的繼續(xù)進(jìn)行，將會出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象(即產(chǎn)生回縮)，最后強(qiáng)度增長變慢甚至不增長。
      掌握強(qiáng)度發(fā)展中的回縮點(diǎn)，對于實(shí)際生產(chǎn)是很有意義的。回縮出現(xiàn)前的一段蒸養(yǎng)效杲最好;蒸養(yǎng)時(shí)間再繼續(xù)延長，效果會變差。
      普通水泥混凝土在100℃下，熱養(yǎng)4～6h，可以達(dá)到強(qiáng)度頂點(diǎn)，達(dá)到28d強(qiáng)度的60%～?0%。在80℃或60℃時(shí)，將需12～14h或20～22h才能達(dá)到強(qiáng)度頂點(diǎn)，即達(dá)到28d強(qiáng)度的80%～90%。此后再延長時(shí)間，則增長甚微。

水泥品種的影響

      礦渣水泥混凝土，隨著熱養(yǎng)溫度的升高，強(qiáng)度發(fā)展將加快，而且對后期強(qiáng)度的增長也無多大影響。所以礦渣水泥混凝土的蒸養(yǎng)溫度，可以高于普通水泥混凝土，一般可以采用;5～100℃，以便盡可能地縮短蒸養(yǎng)時(shí)間。
      蒸養(yǎng)可以促進(jìn)石灰與活性硅酸的反應(yīng)速度，因此，某些火山質(zhì)水泥也可以表現(xiàn)出較好為蒸養(yǎng)效果。
      水灰比、稠度等對蒸養(yǎng)混凝土強(qiáng)度的影響和在普通養(yǎng)護(hù)制度下的混凝土一樣。但干硬性混凝土蒸養(yǎng)強(qiáng)度的發(fā)展速度，要比塑性混凝土快。
      混凝土的各種外加劑，在不同的情況下使用，往往可以表現(xiàn)出不同的特征。因此’在使用前必須進(jìn)行試驗(yàn)，搞清是否適應(yīng)蒸養(yǎng)需要，或是否引起鋼筋銹蝕等其他不利影響。
      凡具有促凝、促硬化作用的外加劑，由于能加速混凝土強(qiáng)度的發(fā)展過程，所以對抵抗蒸養(yǎng)而產(chǎn)生的熱脹作用有所補(bǔ)益。

對物理力學(xué)性能的影響

      蒸養(yǎng)}昆凝土的彈性模量，與同強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土相比約降低5%～10%。若將蒸養(yǎng)混凝土長期放置在潮濕環(huán)境中，彈性模量降低的現(xiàn)象會消除。
      在無預(yù)養(yǎng)和快速升溫條件下的蒸養(yǎng)}昆凝土，抗拉強(qiáng)度將有明顯降低。而在和緩蒸養(yǎng)制度下的蒸養(yǎng)}昆凝土，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的混凝土相比，則無多大差別。
      由于在結(jié)硬之前的熱脹變形，混凝土大于鋼筋，因而在升溫期中，有可能減弱黏結(jié)力，或有可能改變鋼筋的應(yīng)力狀態(tài)。所以應(yīng)該采取措施，力求避免蒸養(yǎng)?昆凝土產(chǎn)生殘余變形。
      蒸養(yǎng)混凝土的收縮值，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土相比，約減少10%～14%，濕脹量也略小，徐變值將比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土約減少30%～50%。
      蒸養(yǎng)混凝土的抗凍性與抗?jié)B性，總的來說是可能降低的e但隨具體情況不同，影響程度各異，主要取決于混凝土蒸養(yǎng)的劇烈程度和變形情況。

2蒸養(yǎng)制度與蒸養(yǎng)周期

      混凝土的蒸養(yǎng)制度一般分為四個(gè)階段：預(yù)養(yǎng)(Y)、升溫(S)、恒溫(H)、降溫 (J)。對于某些特殊情況，在上述四個(gè)階段之后，還需要安排一個(gè)“后養(yǎng)”階段。

預(yù)養(yǎng)期

      亦稱前置期，是指}昆凝土構(gòu)件澆好之后，至供汽升溫之前這一段在常溫下的放置時(shí)間。預(yù)養(yǎng)期的長短，關(guān)系到混凝土初期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的高低、混凝土腫脹變形的大小和后期強(qiáng)度的發(fā)展等技術(shù)特性。只有當(dāng)}昆凝土具有一定的初始強(qiáng)度之后，才具有抵抗蒸養(yǎng)內(nèi)脹力、減少殘余變形的能力。}昆凝土熱養(yǎng)溫度高時(shí)，要求預(yù)養(yǎng)期的長短還與水泥的品種、配合比等因素有關(guān)，應(yīng)該通過試驗(yàn)確定。試驗(yàn)表明，在升溫前，經(jīng)過一段溫度較低的預(yù)養(yǎng)期'對后期強(qiáng)度的增長是十分有益的。

升溫期

      升溫速度對蒸養(yǎng)混凝土的質(zhì)量有重要影響。所謂升溫速度，通常是以構(gòu)件周圍蒸汽與空氣的混合物的溫度來控制的。因?yàn)榛炷翗?gòu)件內(nèi)部的溫度各處不一，不能作為升溫控制的標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)于升溫速度，如果預(yù)養(yǎng)時(shí)間長，即混凝土的初始強(qiáng)度比較高時(shí)，升溫速度可快一些;反之，則應(yīng)慢一些。采用快速升溫，將會嚴(yán)重破壞}昆凝土與鋼筋的黏結(jié)力。在不改變鏊個(gè)蒸養(yǎng)時(shí)間的前提下，慢升溫、短熱養(yǎng)要比快升溫、長熱養(yǎng)好。對于升溫速度的規(guī)定'最好根據(jù)具體情況，通過試驗(yàn)確定。大型構(gòu)件應(yīng)注意由于溫度梯度而引起的溫度應(yīng)力問題。表6-2列出了蒸養(yǎng)混凝土升溫速度的限值，可供參考。

恒溫期

      亦稱熱養(yǎng)期。恒溫期的恒溫溫度及恒溫時(shí)間是互相影響的。溫度低，時(shí)間長;溫度高，時(shí)間短。但是溫度高低的選擇，不僅影響到混凝土的技術(shù)性能，而且也關(guān)系到生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益問題。前面已經(jīng)談到，普通水泥在蒸養(yǎng)中存在著一個(gè)臨界性的最高溫度或臨界性的最長時(shí)間。一般規(guī)定最高溫度不得超過75～95℃。礦渣水泥不存在臨界性的問題。

降溫期

      蒸養(yǎng)混凝土在降溫過程中，表層降溫快，里面降溫慢。由于表里間的溫差，表層混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力值超過限值時(shí)將產(chǎn)生裂縫。拉應(yīng)力可按下式進(jìn)行計(jì)算JL(6-1)U。一KA撒f_}9式中 q。-混凝土表層拉應(yīng)力，MPa;
      K-構(gòu)件厚度影響系數(shù)(細(xì)薄構(gòu)件取0.5，厚大構(gòu)件取1.0);
      At-混凝土內(nèi)外層溫差，℃;
      a-混凝土熱脹系數(shù)，1/℃;
      D一混凝土彈性模量，MPa;
      (P-一混凝土徐變數(shù)(隨時(shí)間而定)。
      當(dāng)混凝土急速降溫時(shí)，K可取為1，9可取為0。故式(6-1)變?yōu)椋哼敢籏AtaE
      對于厚大尺寸的構(gòu)件及低強(qiáng)度、低配筋的構(gòu)件，應(yīng)緩慢降溫，以免產(chǎn)生過大的收縮應(yīng)力：另外，還應(yīng)避免單側(cè)降溫，力求做到從各方面均衡降溫。關(guān)于降溫速度的具體要求各不相同，可參考表6-3?；炷恋谋韺訙囟扰c氣溫玄差也不能過大，以防停止養(yǎng)護(hù)時(shí)產(chǎn)生‘冷擊”，可參考表6-4。

后養(yǎng)期

      混凝土在蒸養(yǎng)之后，一般放在室外，任其自然發(fā)展。但在有些情況下進(jìn)行后期濕養(yǎng)也是很必要的。特別是當(dāng)混凝土有較高的抗摻、抗凍要求時(shí)，或者當(dāng)混凝土熱養(yǎng)太劇烈、失水較多時(shí)，如能增加一個(gè)階段的浸水后養(yǎng)期將是十分有利的。
      為了壓縮蒸養(yǎng)時(shí)間，必須減小}昆凝土的熱脹變形，加速水泥的硬化。而為了加速水泥的硬化，提高混凝土的初始強(qiáng)度和減小}昆凝土的熱脹變形程度，首先應(yīng)選用高活性的快硬水泥。此外，采用低水灰比、低用水量、低含氣量的混凝土也是十分有效的措施。
      試驗(yàn)證明，高配筋的混凝土，在抑制混凝土熱脹變形問題方面，也是較為有利的，見表6-5。
      在蒸養(yǎng)初期，采取漸增式變速升溫，或先慢速、后快速的階段式升溫，對防止蒸養(yǎng)烈脹變形亦有很大的作用(見表6-6)。此外，采用封閉的剛性模型，可以強(qiáng)行抑制腫脹壟形，還可以強(qiáng)行隔斷混凝土與周圍介質(zhì)之間酌水氣轉(zhuǎn)移。在加壓下硬化，對強(qiáng)度發(fā)展也-分有利。采取此種模型，由于升溫可以加快，熱養(yǎng)溫度可以提高，于是整個(gè)蒸養(yǎng)時(shí)間就百以縮短。 采用熱拌混凝土也可達(dá)到上述目的。熱拌混凝土，就是提高混凝土的出機(jī)溫度(40～60℃)，促使混凝土凝結(jié)硬化過程加快;同時(shí)還可使混凝土的再加熱程度減小。這樣，混凝土在升溫期中的熱脹作用小，而且可以縮短或取消預(yù)養(yǎng)期，加快升溫過程和縮短恒溫時(shí)間。于是，整個(gè)蒸養(yǎng)周期大大縮短。熱拌混凝土宜在特制的熱拌和機(jī)中通入蒸汽拌成。
      為了縮短混凝土的熱養(yǎng)周期，還提出了“干濕熱結(jié)合養(yǎng)護(hù)”的方法。這一方法，主要在于合理平衡升溫的“熱脹”和“干縮”兩方面的利弊作用，如處理不當(dāng)，則不利于強(qiáng)度發(fā)展。采用蒸汽加熱法施工，應(yīng)進(jìn)行各項(xiàng)熱工計(jì)算和設(shè)計(jì)。