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混凝土養護認識的幾個誤區

 混凝土澆筑成型后,進行覆蓋澆水養護是一件很平常的事。現對其覆蓋澆水養護的機理及作用進行分析,以便走出對其認識的幾個誤區。

 

1.混凝土澆水養護的目的只是為了水泥水化的需要

 混凝土澆筑成型后,必須對其進行覆蓋澆水,以滿足混凝土表面在一定時間內保持濕潤狀態的要求。與此同時,為防止養護水的急劇蒸發,還應用塑料薄膜、麻袋片或草袋等材料加以覆蓋。然而,混凝土的養護不僅只是澆水,還包含有廣泛而深刻的內容,概括起來主要有以下兩點:一是為使混凝土在一定時間內保持足夠充分的濕潤狀態,以滿足水泥水化的需要;二是要保證混凝土在不同的環境溫度條件下,能保持有合適的最高溫度、合適的內外溫差及其合適的表面與環境大氣的溫差,同時還要有適當的降溫速率和升溫速率。

 

2.混凝土澆水養護的目的最遲開始時間是澆筑成型后的12h

 《混凝土結構工程質量驗收規范》(GB50204-2015)第7.4.7條第一款規定,應在澆筑完畢后的12h以內對混凝土加以覆蓋并保濕養護。然而,有許多施工人員誤解為,混凝土澆筑完畢后的澆水養護的最遲開始時間是其后的12h,也就是說,只要是在混凝土澆筑完畢后的12h前進行澆水養護就滿足規范要求。因此,在工地上常會遇到技術人員催促養護澆水,可是有人會說,混凝土澆筑完畢才幾小時,離12h還遠呢!不著急。

 由于水泥及混凝土技術的不斷進步和發展,尤其是近年來,高性能混凝土、早強混凝土、高強混凝土及預拌混凝土等的廣泛應用,其所用混凝土強度等級及水泥強度等級較高、水泥用量較大、早期強度高、水灰比小等原因,使其混凝土的溫度變形、干縮變形和自收縮變形都較大,混凝土開裂時有發生,其中混凝土的澆水養護時間的過遲成為早期開裂的重要原因之一,必須引起施工人員的重視。多年前,工地上經常遇到的是流動性很大的塑性混凝土,其澆筑體積也不大、混凝土強度等級及水泥強度等級都較低、水泥用量小,早期水化程度不高、干縮小,又沒用自收縮,在這種情況下,要求這樣的塑性混凝土在澆筑完畢后12h以內澆水養護可能是適宜的,但對于現代混凝土來說,過遲澆水養護則會造成開裂并對潛在質量帶來不利的影響。

 

3.混凝土的澆水養護時間越長越好

 《混凝土結構工程質量驗收規范》(GB50204-2002)第7.4.7條第二款規定,對采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土,澆水養護時間不得少于7d,對于摻用緩凝型外加劑或有抗滲要求的混凝土,不得少于14d。這里需要指出,規范所規定的只是澆水養護的最少時間,而沒有給出澆水養護的最佳持續時間和最長時間。然而,澆水養護時間越長,水泥水化程度越高,水泥的不可逆收縮也越大,水泥顆粒如果全部水化,其所生成的水泥凝膠不只使混凝土強度提高,與此同時還會產生很大的收縮,嚴重時可引起混凝土開裂。像混凝土中骨料所起的穩定體積作用一樣,水泥石中需要有一定數量的未水化的水泥顆粒,或其他惰性物質穩定體積,因此,澆水養護時間并不是越長越好。以盲目延長澆水養護時間作為“加強養護”的做法,顯然是錯誤的。現代水泥和混凝土技術的進步和發展,要求做到的是“恰到適時”的澆水養護。

 試驗證明,標準養護7d和標準養護14d的混凝土,其各齡期的干縮基本相同,而過長時間的養護并不能進一步減少收縮,這時如果進行長時間的澆水養護,由于混凝土內部生成的水化物增多,反而在一定程度上增加了混凝土的收縮。長時間的濕潤養護不能有效地減小混凝土的干縮,而雖然可以推遲收縮的開始時間,但影響也甚微。

 “恰到適時”養護時間的長短與組成材料的選擇、混凝土配合比、環境溫度和濕度、風速計養護方法等諸多因素有關。混凝土水膠比越低,越需及時加強外部補充水的供給,但澆水養護的時間可適當短些;水膠比大時混凝土中的自由水多,如果混凝土處于相對濕度較大地區,濕養護的影響不大,但其養護時間相對要長些,才能使其滲透性穩定;如果水膠比較大,但處于相對濕度地區,濕養護也不可輕視,養護時間不可縮短;摻有粉煤灰等礦物摻合料的混凝土,因其水膠比較小,如果外部補充水供給不足,表面的吸附水很容易蒸發,反應很慢的粉煤灰等摻合料,其抗裂作用和強度增長一樣,在低水膠比的條件下,只有加強澆水養護才能有效地發揮出來,澆水養護不但要充分而且時間也要長些。對于摻有緩凝型外加劑及對抗滲有要求的混凝土,正如《混凝土結構工程質量驗收規范》所要求的那樣,澆水養護時間應予適當延長。

 

4.混凝土才終凝,表面還濕濕的,不著急澆水養護

 眾所周知,混凝土的早期開裂是水泥和混凝土技術的進步和發展所帶來的新問題,而自收縮與溫度收縮又是高性能混凝土、高強混凝土及高早強混凝土等早期開裂的主要原因。

 自收縮的大小取決于水泥石內部自干燥程度、水泥石彈性模量及徐變系數。混凝土澆筑后的早期,特別是初凝后的前24h,其彈性模量低,徐變系數大,因此,自干燥程度成為決定自收縮的主要因素。混凝土初凝時對其表面進行濕養護可使養護水與混凝土中的毛細管孔內的水分連為一體,以供給混凝土內部膠凝材料使之水化。膠凝材料的進一步水化,又促使毛細孔細化,當毛細孔壁的阻力超過水的表面張力而不能繼續向混凝土內部遷移時,這種水分的補給停止。由此可見,早期澆水養護的補水作用可很好地抑制混凝土的早期收縮。

 混凝土的自收縮從其初凝時就已經開始,早期發展特別快,24h之內可完成大部分,以后則迅速衰減,其值可達0.025~0.050)×10-3,同時還隨水膠比的減小而增大,并隨溫度的提高而增加。與此同時,隨著混凝土強度的逐漸增長,其極限拉應變也由成型后2h的4.0×10-3急劇下降,6~12h可下降至0.04×10-3,達到混凝土開裂的風險期。如果按《混凝土結構工程質量驗收規范》的規定,以傳統塑性混凝土的要求,誤以澆筑完畢后12h以內的最遲開始時間才開始澆水養護,其時間顯然已大大滯后于混凝土開裂的危險期,規范所規定的最遲開始澆水養護時間已不適用于現代混凝土的養護要求。有許多人錯誤地認為,混凝土的澆水養護,只要是在混凝土澆筑完畢后的12h以內的任何時間開始都行,也就是說,在此12h的時間范圍內澆水養護可早可晚,時間的可塑性很大,這種認識和做法,顯然是錯誤的。

 如果把混凝土的早高強認作為其早期開裂的內因,那么,其澆水養護滯后于表面水快速蒸發后的外部補水及補水中斷,是混凝土引起早期開裂的外因。因此,很有必要將混凝土開始澆水養護的時間大大提前,使混凝土表面的向外蒸發水得以及時補給,做到“盡早及時”澆水養護。具體一點講,就是在混凝土澆筑完畢,于其初凝開始,就以澆水養護不致人為沖壞混凝土表面為限“盡早及時”,這里要特別強調“盡早”二字,以保證混凝土早期及時具備充足的補水條件,以免發生混凝土塑性收縮、自收縮和干縮的共同作用。

 

5.混凝土的澆水養護最好是大水猛澆,這樣補水才能充分徹底

 混凝土澆筑成型后的覆蓋,一是防止養護水的急劇蒸發以利節約用水;二是為了防止降溫階段水泥水化熱的急劇散失,以保證混凝土斷面上具有合適的溫度梯度。有的人為了節省覆蓋材料,對混凝土不加覆蓋并用大壓力水猛澆,這樣不但浪費水,而且極易沖壞混凝土表面,更主要的是壓力水流過混凝土表面,將其熱量迅速帶走,導致混凝土表面溫度驟降,如果正遇混凝土水化熱高峰期,養護水如果與混凝土表面溫差又較大,可能因混凝土溫度驟降,而使其內外溫差及混凝土表面與環境溫差過大而產生“熱震”,致使混凝土表面開裂;同時,要切記養護澆水不可時斷時續,中斷多次反復“熱震”則有加劇混凝土開裂的可能。適宜的澆水養護應是小水漫淋。

 

6.為了加速混凝土的硬化,養護階段只保溫而不進行冷卻降溫處理

 混凝土的初始澆筑溫度是混凝土最高溫度的重要組成部分,對于處于塑性狀態的混凝土進行冷卻降溫處理,則在降低最高溫度的同時,也相應降低了混凝土的致裂溫度。因此,對處于塑性狀態的混凝土進行冷卻降溫處理是一種有效的防止混凝土開裂的方法之一。從混凝土開始硬化產生拉應力至達到最高溫度止,雖然在此階段對混凝土繼續進行冷卻處理,一般不至于改變整個混凝土斷面上的受拉狀態,但向混凝土表面澆以低于環境溫度過大的冷卻水,使混凝土溫度驟降,會增加混凝土斷面上的溫度梯度,可能引起混凝土“熱震”,雖然在此階段,對混凝土冷卻處理,也會降低最高溫度和致裂溫度,但為防止混凝土內外溫差驟升引起表面開裂,這一階段的冷卻處理及澆水養護一定要小心謹慎。在混凝土內部產生拉應力之前,應及時進行冷卻處理。

 

7.保溫覆蓋從澆水覆蓋時就開始?不知何時開始才對

 綜述以上幾個問題可知,在混凝土達到水泥水化最高溫度之前應處于散熱階段,以求獲得較低的最高溫度和致裂溫度,如果把保溫提前到從澆水養護覆蓋開始,適得其反,反而增加混凝土的最高溫度和致裂溫度,正確的保溫時間應從混凝土降溫開始,不宜提前。

 在混凝土降溫階段實施對其保溫,其目的之一是減少混凝土內部熱量的散失,以減少斷面上的溫度梯度。目的之二是由于延緩了混凝土的散熱時間,使之能夠有效地充分發揮其強度增長的潛力,并使混凝土的松弛和徐變得以充分顯現,其內部拉應力得以相應減小。與此同時,因混凝土齡期的增長,混凝土的抗拉性能要比其抗壓性能提高的快,也可防止和減少混凝土的開裂。

 混凝土表層的溫度梯度是制約混凝土表面裂縫產生的重要原因之一。大氣環境溫度的升降,影響著混凝土內部斷面上的溫度梯度,而其溫度變化的陡緩,也必然影響混凝土表面與大氣環境溫度變化的陡緩,保溫材料的有效覆蓋,能減小混凝土斷面上的溫度梯度。

 工程實踐證明,溫度變化時混凝土結構的一個重要而又非常復雜的荷載,溫度梯度的陡緩可以看作是對混凝土“加荷”的快慢,并對混凝土物理力學性能產生重要影響。氣溫驟降可看作對混凝土的快速加荷,可導致混凝土拉應力和彈性模量的增加,而使混凝土的極限拉伸減小,抗裂性能減弱,反之氣溫緩降可看作是對混凝土的慢速加荷,可導致混凝土拉應力和彈性模量比快速加荷有所減少,而混凝土的極限拉伸有所增加。同時,氣溫的驟降還可導致內外約束度的增加,不論是以外約束為主的結構,還是以內約束為主的結構,通過外部保溫和內部緩降都可避免和減少混凝土的開裂。

 綜上所述可見,不論環境溫度的高低,也就是說,不論春夏秋冬的外界氣溫是高還是低,混凝土的保溫養護,不僅提高了混凝土的表面溫度,還能使混凝土內部的溫度得以緩降,并減小了內外溫差和混凝土表面與大氣環境的溫差,為此,這種“外保溫內緩降”的養護方法得以能夠防止和減少混凝土的開裂。

 正常的混凝土總是相似的,有質量問題的混凝土則各有各的問題!正如北京建筑大學宋少民教授所說的,混凝土即是最簡單但同時又是最復雜的,簡單在水泥、砂、石、水、外加劑拌合就是混凝土,但復雜在影響砼質量因素實在太多,如原材料的性能、配合比的設計、施工的過程、養護、生產的季節、各地的氣候等多種因素無不是牽一發而動全身影響混凝土的質量。


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