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混凝土内养护的研究与发展

发表时间：2021/4/12 来源：《基层建设》2020年第32期作者：符璐包强刘晶晶赵立波陈至卓

[导读] 摘要：混凝土是建设工程实际施工中非常重要的原料。

        辽宁省送变电工程有限公司辽宁沈阳 110021
        摘要：混凝土是建设工程实际施工中非常重要的原料。高性能混凝土由于低水胶比而导致的早期自收缩过大是其早期易开裂的主要原因，研究表明传统的撒水养护等外部养护方法不能有效解决这一问题，因此提出了“内养护”的养护方式，即用一些预先吸水的材料（称为混凝土内养护剂），在混凝土内部形成小型“蓄水库”，随着水泥水化，在混凝土内部出现毛细孔负压及湿度梯度时，内养护剂释放水分来抑制其自收缩的发展。
        关键词：混凝土；内养护；发展
        引言
        水作为水泥水化必不可缺少的物质，其在胶凝材料－水体系中所占比例很大程度上对硬化后混凝土的微观结构起到决定性的作用。目前，高性能混凝土中一般是以低水胶比掺加硅灰等高活性矿物掺合料来提高力学性能和耐久性能，然而，低水胶比混凝土早期开裂的敏感性，是其在工程应用中的最大障碍。
        1混凝土养护的影响因素
        在各个投入建设的建筑工程项目当中，混凝土占据的地位是十分重要的。是否能够科学合理的完成混凝土养护工作，会直接对建筑物的结构安全性及耐久性造成一定影响。为了确保建筑工程项目混凝土施工质量及安全性，需要将混凝土养护放置在一个较为重要的地位上，假如在混凝土施工环节当中没有妥善完成养护工作，那么后续混凝土构件或实体在应用的过程中有可能出现裂缝等缺陷，从而也就会对建筑物的整体性质量造成一定影响。
        当建筑工程项目施工工作开始，从混凝土浇筑阶段开始一直到混凝土终凝完成之后，一直都会受到温度应力因素的影响，因此混凝土内部结构稳定性就难以得到保证。假如混凝土内部结构在温度应力的影响之下出现裂缝，混凝土材料本身的强度就难以得到保证。在混凝土终凝都难以满足现行标准规范要求的情况下，建筑工程项目整体性质自然也就会受到一定影响。所以在混凝土养护工作进行的过程中，温度及湿度变化因素都会直接对混凝土养护效果造成一定影响。为了能够对混凝土养护效果做出保证，就应当在养护工作进行的过程中，有效控制温度及湿度变化因素，对混凝土结构稳定性及强度做出保证，为后续建筑工程项目施工工作的顺利完成做出保证。
        2养护膜
        养护膜作为一种新型养护材料，兼具抑制水分散失和补充水分的双重功能。如图1所示，养护膜由具有低水汽透过性的高强度、高韧性薄膜面层，亲水性微孔无纺布底层和可控储释水材料的中间层组成。在养护膜铺设时进行一次性充分给水，使中间层实现饱和吸水；在养护阶段中间层可通过亲水性底层向混凝土缓慢释放水，而面层薄膜则可防止水分散失，使混凝土始终处于高湿度养护状态。

        图1混凝土养护膜示意
        1）养护膜中储释水材料的吸水性、保水性和释水性与透水汽性相匹配时，可维持内部密闭空间的相对湿度在较长时间内高于95%。其中，储释水材料的吸水量为218g/g，保水量为197g/g，在pH值为12的氢氧化钙溶液中达到平衡状态时累积释水百分比为60%。
        2）与自然养护相比，采用养护膜养护可大幅度降低混凝土早期收缩和长期收缩。其总收缩量与标准养护试件接近，约为270×10－6。
        3）养护膜养护对水泥水化产物组成无明显影响，表层水化程度与标准养护相近，略高于自然养护。
        4）养护膜养护可增加水泥净浆表层密实度，其微观孔隙较自然养护明显减少。
        3液体内养护剂
        由于SAP掺量低，实际工程中使用不便，为解决SAP粉体使用不便的问题，近年来国内一些厂商研制了液体的内养护剂，包括SAP悬浮液以及高分子内养护剂。SAP悬浮液采用特殊方式将SAP粉体分散在液体中，虽然计量方便，但实际使用中也存在容易粘附到容器表面，使用效率低的问题。高分子内养护剂是具有直链、支链、交链共存的复杂网状分子结构，其分子特征及交联的微观结构使其可以固定周围环境中的水介质，形成高含水凝胶而不溶解。适当掺量下，对混凝土强度影响较小，但28d时只能减小自收缩值30%，内养护效果有限。由于液体内养护剂是近几年才出现新内养护材料，针对液体内养护剂的研究极少，且研究不够深入。
        4高吸水性树脂
        高吸水性树脂（SAP）是近几年来国内外混凝土内养护剂研究的重点方向。SAP最大特点在于其超高的吸水倍率，致使其在极少掺量的情况下能引入较多的内养护水，使得其内养护性能优异。近年来国内外SAP的研究主要包括两个方面：
        ⑴SAP对混凝土自收缩的影响以及机理研究SAP对混凝土自收缩的影响，同时测定了内部相对湿度的变化，并根据物理计算模型较为准确的计算了混凝土自收缩值，并且借助微观分析，提出了SAP作为内养护剂的减缩机理。众多研究表明，掺入SAP并引入适当的内养护水后，会明显降低混凝土早期自收缩的发展，在配比合理情况下减缩效果可达90%，效果较多孔轻骨料优异。SAP降低自收缩的机理，目前研究较为一致的结论一是混凝土内部相对湿度在100%时掺入预吸水SAP会在混凝土中引入一种自膨胀变形，会大幅度抵消化学收缩，二是SAP作为内养护材料可以延缓混凝土内部相对湿度的下降，从而减小了内部毛细孔负压与收缩应力值，从源头减小自收缩产生的动力。
        ⑵SAP对混凝土物理性能影响的研究在混凝土强度方面，由于SAP的内养护作用，导致了混凝土早期水化反应变慢，致使早期强度有所下降。在水胶比为0.33时，当SAP掺量为1kg/m3时，会导致3d强度下降10%左右，对28d时强度几乎无影响；当SAP掺量为2kg/m3时，3d强度会下降大致25%，28d强度会下降10%左右。在混凝土抗渗性方面，采用RCM法测定了不同配比下混凝土28d、56d龄期的氯离子扩散系数。实验表明，SAP的掺入会导致混凝土抗渗性能的下降，随着SAP的掺入量增大，抗渗性能下降越多；当SAP掺量为1kg/m3时，28d龄期下的氯离子抗渗系数增大约10%，56d龄期下的氯离子抗渗系数增大约5%，可见SAP的加入会使得抗渗性能下降，但随着龄期的增长，这种不利影响会减轻在混凝土抗冻融性能方面，研究表明，SAP的掺入会提升混凝土抗冻融循环能力，主要原因是由于SAP释放水分后，混凝土内部会形成较多小型孔洞，这种小型孔洞会有效抵制由于混凝土内部水分受冻所引起的膨胀对混凝土产生的破坏，在30次冻融循环后，内部破坏减小了近70%。
        此外还有部分学者研究了SAP在超高性能混凝土（UHPC）中的应用。SAP对UHPC自收缩以及强度方面的影响，研究表明，当水胶比为0.2时，SAP在UHPC中的内养护作用较为明显，减缩效果可达85%；但SAP的掺入会导致强度下降，在0.2水胶比下，2d龄期强度下降了约30%，7d、28d、365d龄期强度下降约20%，但28d时抗压强度能达到149MPa；SAP的掺入对UHPC弹性模量的影响规律与其对强度影响规律相似。
        5无机多孔固体内养护剂
        5.1红砖粉
        用红砖粉取代砂，红砖粉最大粒径为4.75mm，吸水倍率为70%～100%。实验采用水胶比为0.295的混凝土作为对照组，当红砖粉取代量为30%时，28d强度值下降约9%，同时28d时相对湿度能保持在92%，而对照组28d相对湿度不到88%。
        5.2碱渣基内养护剂
        用以碱渣为主要成分制备的碱渣基内养护剂粉体取代矿物掺合料，实验用碱渣基内养护剂吸水倍率为100%～120%。实验采用水胶比为0.35的混凝土作为对照组，碱渣基内养护剂掺量为胶凝材料总量15%，不加入额外内养护水时，3d自收缩值可降低50%，但会对强度产生约10%不利影响。当碱渣基内养护剂掺量为10%时，3d自收缩值可降低30%，对早期强度会有10%不利影响，对后期强度有6%左右的不利影响。额外内养护水对碱渣内养护性能的影响还有待研究。
        5.3空心微珠
        将空心微珠做酸腐蚀处理后，吸水倍率可高达180%，实验采用水胶比为0.35的砂浆作为对照组，空心微珠取代砂掺入其中，采用波纹管法测定自收缩值，同时测定强度值。研究表明，当掺入胶凝材料用量5%的空心微珠时，可以减小50%自收缩值，3d、7d、28d强度值均降低大约5%～10%；当掺量为胶凝材料用量3.3%，且预先用1.8倍水浸泡吸水饱和后，几乎不会产生自收缩值，3d强度下降约10%，7d、28d强度值均有小幅度提升。
        结语
        在建筑工程项目混凝土施工环节当中，应当妥善完成混凝土内养护工作，就是为了能够让混凝土凝结及硬化工作得以妥善完成，为混凝土凝结和硬化反应提供一个适宜的外部环境，促使混凝土质量得到大幅度提升，从而也就可以让混凝土开裂等问题的发生几率得到有效的控制，促使建筑物的运行安全性及稳定性得到大幅度提升。
        参考文献：
        [1]马慧，陈雪菲，杨娟亚，等．混凝土节水保湿养护膜的制备［J］．纺织学报，2013，34（5）：12－16．
        [2]曹长柱.SAP内养护混凝土强度和收缩性能的应用研究[J].建筑技术，2017，48（10）：1067-1069.
        [3]姜玉丹.高吸水树脂对混凝土水化及强度的影响[J].材料导报，2017，（24）.