袁濤，蔣元海，連洵桓

（嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的建筑工程發(fā)展也隨之加快，混凝土需求量愈來(lái)愈大?；炷翉V泛應(yīng)用于橋梁、隧道、房建、公路工程等方面，但在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，混凝土存在著一定程度的損害，尤其是一些需要長(zhǎng)期接觸水環(huán)境的混凝土建筑。 水泥混凝土一旦出現(xiàn)腐蝕、開(kāi)裂等現(xiàn)象，外部的水分就會(huì)進(jìn)入到混凝土構(gòu)件的內(nèi)部，導(dǎo)致鋼筋的銹蝕，降低鋼筋的強(qiáng)度和混凝土的耐久性，從而影響混凝土構(gòu)件的使用壽命， 降低混凝土的耐久性， 因此提高混凝土的耐水性十分重要。 混凝土的耐水性是指它在水介質(zhì)中是否能保持原有外觀和強(qiáng)度的性能[1]。 衡量混凝土耐水性的指標(biāo)為混凝土的軟化系數(shù)。 以不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試件為研究對(duì)象， 分別在自然養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)及蒸汽養(yǎng)護(hù)的方式下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，通過(guò)測(cè)定混凝土的軟化系數(shù)來(lái)研究混凝土的強(qiáng)度等級(jí)與養(yǎng)護(hù)方式對(duì)混凝土耐水性的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥:P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥；P·O 52.5 普通硅酸鹽水泥。

骨料: 粗骨料為粒徑5～25 mm 的連續(xù)級(jí)配碎石，細(xì)骨料為細(xì)度模數(shù)2.7 的中砂。

減水劑:聚羧酸高性能減水劑，減水率26%。

礦物摻合料:粉煤灰具體性能見(jiàn)表1，礦渣粉具體性能見(jiàn)表2。

表1 粉煤灰基本性能

表2 礦渣粉基本性能

1.2 試驗(yàn)方法

（1）試件制備與養(yǎng)護(hù)

按照規(guī)范GB/T50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土試件的制備，試件為100 mm×100 mm×100 mm 的立方體， 分別在自然養(yǎng)護(hù)、 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和蒸汽養(yǎng)護(hù)三種方式下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)， 每種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試件需要制備18 塊，共6 組， 分別測(cè)定3 種養(yǎng)護(hù)方式下混凝土的軟化系數(shù)。

采用自然養(yǎng)護(hù)的試件：試件澆筑成型后，放置于室內(nèi)，24 h 后對(duì)試件進(jìn)行脫模。 脫模后，在室內(nèi)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d，然后繼續(xù)在室內(nèi)進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)直至28 d 試驗(yàn)齡期。

采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件： 成型好的試件用表面覆膜密封后, 放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(20±2 ℃,≥95%RH)中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)并于24 h 時(shí)拆模[2]。 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件,采取全程標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的方式，養(yǎng)護(hù)至28 d 試驗(yàn)齡期。

采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的試件：試件澆筑成型后帶模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中靜停2 h， 隨后放入蒸汽養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，2 h 勻速升溫至70 ℃，升溫速率保持在25～30 ℃/h，再恒溫5 h，試件蒸養(yǎng)結(jié)束后采用自然降溫，降溫速率為15～20 ℃/h。 在升溫和降溫過(guò)程中,需注意控制養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)溫度由室溫勻速提升至規(guī)定養(yǎng)護(hù)溫度及由規(guī)定養(yǎng)護(hù)溫度勻速降低至室溫[3]。 降溫結(jié)束后，進(jìn)行脫模，然后將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至28 d 試驗(yàn)齡期。

（2）試件吸水飽和與干燥方式

吸水飽和方式：一組試件養(yǎng)護(hù)至25 d 齡期后，取出完全浸泡至水中，期間需要補(bǔ)充水分，保持試件浸沒(méi)在水中，到28 d 時(shí)取出，擦干表面水分，立即進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

干燥方式：另一組試件養(yǎng)護(hù)至28 d 齡期后，取出放置于恒溫干燥箱中進(jìn)行干燥， 恒溫干燥箱溫度設(shè)置為105 ℃[4]。 干燥前期,每隔1 h 測(cè)量1 次試件質(zhì)量,測(cè)量過(guò)程中干燥箱保持工作狀態(tài),將試件取出測(cè)量質(zhì)量后應(yīng)迅速放入干燥箱,以減小試驗(yàn)誤差，干燥后期適當(dāng)延長(zhǎng)質(zhì)量測(cè)量的間隔時(shí)間,每隔5 h 測(cè)量1 次試件質(zhì)量。 當(dāng)兩次測(cè)量的質(zhì)量差值不大于1 g 時(shí)結(jié)束烘干，待混凝土試件冷卻至室溫后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)[5]。 本試驗(yàn)中，每組試件的干燥時(shí)間為20 h。

（3）抗壓強(qiáng)度測(cè)定

按照規(guī)范GB/T50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)定。

（4）軟化系數(shù)

式中：KR—材料的軟化系數(shù)；f—材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa；F—材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa。

1.3 混凝土配合比及試驗(yàn)環(huán)境

試驗(yàn)一共需要制備6 種不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試件，C30、C40、C50 強(qiáng)度等級(jí)混凝土試件采用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥配制；C60、C70、C80 強(qiáng)度等級(jí)混凝土試件采用P·O 52.5 普通硅酸鹽水泥配制，混凝土配合比見(jiàn)表3。

表3 混凝土配合比

其中C60、C70、C80 混凝土摻加了礦物摻合料（礦渣粉和粉煤灰）及外加劑（聚羧酸系減水劑），以礦渣粉為摻合料，是因?yàn)榈V渣粉的活性較高，發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)，能夠生成對(duì)填補(bǔ)縫隙有作用的水化產(chǎn)物；以粉煤灰為摻合料，能夠提高新拌混凝土的和易性，同時(shí)可以產(chǎn)生更多能夠填充骨料間隙的砂漿[6]；而復(fù)摻粉煤灰、礦渣粉對(duì)混凝土具有微集料填充和二次水化反應(yīng)雙重效應(yīng)[7]。 在混凝土中摻加聚羧酸系高性能減水劑，是由于聚羧酸高性能減水劑對(duì)水泥分子具有超分散作用，且減水率大、強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯、坍落度損失小，可以有效提高混凝土的力學(xué)性能[8]。

試驗(yàn)環(huán)境：本試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間在11～12 月份，天氣較為干燥，在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行，室內(nèi)溫度在15 ℃左右，晝夜溫差較大。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

馬孿晶[9]從水泥的品種、水膠比、砂率、水泥混凝土的碳化作用、 砂石品種及養(yǎng)護(hù)方式等方面出發(fā)，分析了影響水泥混凝土耐水性的因素，并就此提出相關(guān)改進(jìn)措施。本試驗(yàn)從混凝土強(qiáng)度等級(jí)及養(yǎng)護(hù)方式兩方面進(jìn)行分析。試驗(yàn)對(duì)6 種不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)定，不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表4，進(jìn)而得出6 種不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土試件的軟化系數(shù)，見(jiàn)表5。

表4 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度

表5 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土軟化系數(shù)

從表5 中可以看出，不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試件在三種不同養(yǎng)護(hù)方式下的軟化系數(shù)均大于0.75，說(shuō)明混凝土適用于受潮較輕或次要結(jié)構(gòu)中。在自然養(yǎng)護(hù)的方式下，C30、C60、C70 混凝土的軟化系數(shù)較小，為0.80，而C50 混凝土的軟化系數(shù)最大，達(dá)到了0.92； 在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的方式下，C60 混凝土的軟化系數(shù)最小，為0.82，C50 混凝土的軟化系數(shù)最大，為0.90； 在蒸汽養(yǎng)護(hù)的方式下，C60 混凝土的軟化系數(shù)最小，為0.77，C70 混凝土的軟化系數(shù)為0.94，達(dá)到最大。

2.1 混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)軟化系數(shù)的影響

混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不同，一方面是由于混凝土的配合比不同，另一方面是由于配制混凝土的水泥品種不同、砂石品種不同及是否摻加摻合料和外加劑所導(dǎo)致的。本試驗(yàn)中，所選用的砂石品種相同，且均符合JGJ 55—2011 《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求，故進(jìn)行分析時(shí)，不考慮這一因素，現(xiàn)從水膠比、水泥品種等方面進(jìn)行分析。

由于C30、C40、C50 混凝土由P·O 42.5 普通硅 酸 鹽 水 泥 配 制 而 成，C60、C70、C80 混 凝 土 由P·O 52.5 普通硅酸鹽水泥配制而成，故分別繪制了由兩種不同品種水泥配制而成的混凝土軟化系數(shù)圖，如圖1、2 所示。

圖1 C30、C40、C50 混凝土軟化系數(shù)

圖2 C60、C70、C80 混凝土軟化系數(shù)

從圖1 可以看出， 由P·O 42.5 級(jí)水泥配制而成的混凝土試件， 隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，混凝土的軟化系數(shù)也隨之增大，這是由于混凝土的強(qiáng)度等級(jí)越低，其水膠比越大，當(dāng)水泥發(fā)生水化反應(yīng)后，未反應(yīng)的自由水較多，其內(nèi)部會(huì)形成較大孔徑的孔隙， 這些孔隙對(duì)于混凝土的耐水性十分不利。從圖2 看出， 由P·O 52.5 級(jí)水泥配制而成的混凝土試件，在自然養(yǎng)護(hù)方式下，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)與混凝土的軟化系數(shù)成正相關(guān)。 在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方式下，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C70 時(shí)， 軟化系數(shù)出現(xiàn)了跳躍。 在蒸汽養(yǎng)護(hù)方式下， 隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的增加，軟化系數(shù)呈現(xiàn)兩極分布，C70、C80 混凝土的軟化系數(shù)增加，分別達(dá)到了0.94、0.89，C60 混凝土的軟化系數(shù)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，降低至0.77。這是因?yàn)橐环矫骐S著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高水膠比逐漸減小， 另一方面混凝土試件經(jīng)過(guò)蒸汽養(yǎng)護(hù)后水化反應(yīng)進(jìn)行得更為充分，降低了試件的孔隙率，提高了混凝土試件的密實(shí)性，使得混凝土的吸水率較低，增大了混凝土試件在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度[10]。

2.2 混凝土養(yǎng)護(hù)方式對(duì)軟化系數(shù)的影響

李曉等對(duì)蒸養(yǎng)后的混凝土進(jìn)行補(bǔ)充養(yǎng)護(hù)，分析不同養(yǎng)護(hù)方式對(duì)混凝土耐水性的影響，發(fā)現(xiàn)混凝土耐水性在不同養(yǎng)護(hù)方式下的表現(xiàn)不同[11]，本試驗(yàn)分別對(duì)混凝土試件進(jìn)行了自然養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)及蒸汽養(yǎng)護(hù)，探究混凝土的養(yǎng)護(hù)方式對(duì)軟化系數(shù)的影響。

從圖3、4、5 中可以看出，對(duì)于較低強(qiáng)度混凝土（C30、C40）， 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的混凝土軟化系數(shù)最大，分別為0.84、0.88； 對(duì)于中等強(qiáng)度混凝土(C50、C60)，自然養(yǎng)護(hù)混凝土的軟化系數(shù)較大， 分別為0.90、0.82；對(duì)于較高強(qiáng)度混凝土(C70、C80），混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)下的軟化系數(shù)達(dá)到最大，分別為0.94、0.89。

圖3 自然養(yǎng)護(hù)下的軟化系數(shù)

圖4 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的軟化系數(shù)

圖5 蒸汽養(yǎng)護(hù)下的軟化系數(shù)

對(duì)于較低強(qiáng)度的混凝土而言，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，需要消耗的水分也在增加，在水的參與下，隨著齡期的增加，生成的水化產(chǎn)物逐漸填充混凝土的內(nèi)部孔隙，提高了混凝土的密實(shí)性，而自然養(yǎng)護(hù)方式不能有效持續(xù)地提供水分，影響了水泥混凝土的二次水化反應(yīng)，因此低強(qiáng)混凝土在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的軟化系數(shù)較高。 對(duì)于較高強(qiáng)度的混凝土，在蒸汽養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后， 再繼續(xù)放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中，一方面可以促進(jìn)水泥混凝土的進(jìn)一步水化，另一方面可以對(duì)其在蒸養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的微小縫隙進(jìn)行有效修復(fù)，對(duì)混凝土的耐水性起到改善作用。

3 結(jié)論

（1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)軟化系數(shù)有較大影響，C50和C80 混凝土在三種養(yǎng)護(hù)方式下均有較高的軟化系數(shù)，說(shuō)明C50 和C80 混凝土在潮濕環(huán)境下的抗壓強(qiáng)度減弱較小，較適用于潮濕環(huán)境。

（2）混凝土的養(yǎng)護(hù)方式與軟化系數(shù)有較為明顯的聯(lián)系，對(duì)于較高強(qiáng)度的混凝土，在蒸汽養(yǎng)護(hù)方式下的軟化系數(shù)最大，其次是在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下；對(duì)于中等強(qiáng)度的混凝土，在蒸汽養(yǎng)護(hù)方式下軟化系數(shù)不高；對(duì)于較低強(qiáng)度的混凝土，軟化系數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下達(dá)到最大。

（3）總體而言，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)與養(yǎng)護(hù)方式對(duì)于其軟化系數(shù)均有影響，但相比較，混凝土的養(yǎng)護(hù)方式對(duì)軟化系數(shù)的影響更為明顯。