1 引言
由于蒸養(yǎng)能加快混凝土強(qiáng)度發(fā)展，因此，在混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠中普遍采用。據(jù)報(bào)道，在我國(guó)被調(diào)查的混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家，70%以上為了提高生產(chǎn)率，將剛成型的混凝土構(gòu)件立即進(jìn)行蒸養(yǎng)[1]。雖然混凝土預(yù)制構(gòu)件早期的蒸養(yǎng)是普遍的做法，但是許多研究者指出這種做法對(duì)混凝土的性能影響是不利的。而在混凝土構(gòu)件蒸養(yǎng)之前，前置一定時(shí)間則有利于混凝土的強(qiáng)度及耐久性能的提高[2～5]。
Soroka[2]的研究結(jié)果表明，混凝土澆筑成型放置30～60min后進(jìn)行的蒸養(yǎng)對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度是不利的。Shideler 和Chamberlin [3]的研究結(jié)果表明，混凝土澆筑成型放置2～6h后進(jìn)行的蒸養(yǎng)，依靠高溫，生產(chǎn)的15～40%的混凝土產(chǎn)品在24h時(shí)的強(qiáng)度比混凝土構(gòu)件成型后立即進(jìn)行蒸養(yǎng)的產(chǎn)品的強(qiáng)度要高。Hanson [4]通過(guò)試驗(yàn)證明當(dāng)蒸養(yǎng)前的前置時(shí)間從1h增加到5h時(shí)，所有齡期混凝土構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度都有增加。然而，在蒸養(yǎng)前只有1h前置時(shí)間時(shí)，被蒸養(yǎng)過(guò)的所有試件上都出現(xiàn)了水平裂縫。
Mironov [5]認(rèn)為確定前置時(shí)間的前提條件是蒸養(yǎng)的工序不應(yīng)該使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生體積膨脹，并且認(rèn)為將混凝土構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.65～0.75MPa時(shí)所需要的時(shí)間作為蒸養(yǎng)前的前置時(shí)間。Alexanderson [6]的研究表明當(dāng)前置時(shí)間為4～7h時(shí)，可忽略由于蒸養(yǎng)產(chǎn)生的體積膨脹，并且后期強(qiáng)度發(fā)展沒(méi)有損失。根據(jù)Alexanderson[6]的觀點(diǎn)，由于短的前置時(shí)間引起混凝土試件質(zhì)量下降是因?yàn)榛炷羶?nèi)部孔壓力產(chǎn)生的拉應(yīng)力引起構(gòu)件開裂和孔隙率增大。因此，他認(rèn)為混凝土構(gòu)件在進(jìn)行蒸養(yǎng)工序前應(yīng)達(dá)到一個(gè)臨界的抗拉強(qiáng)度。但是在混凝土強(qiáng)度發(fā)展的后期進(jìn)行蒸養(yǎng)對(duì)混凝土的性能也是不利的。Heinz 和 Ludwig [7]報(bào)道了后繼鈣礬石形成（Delayed Ettringite Formation，簡(jiǎn)稱DEF）對(duì)高溫（＞75℃）蒸養(yǎng)混凝土預(yù)制件后期強(qiáng)度衰退的不利影響。通過(guò)常溫霧養(yǎng)后在強(qiáng)度發(fā)展后期用蒸汽養(yǎng)護(hù)，混凝土中有后繼的膨脹發(fā)生。這是由于亞穩(wěn)的單硫型水化硫酸鹽向鈣礬石轉(zhuǎn)化的結(jié)果[8]。在這種條件下，混凝土可能表現(xiàn)出不正常的膨脹和產(chǎn)生相連的微裂縫，長(zhǎng)期作用下去，可能導(dǎo)致構(gòu)件破壞[9 ]。
Odler 和Gasser [10]研究了在無(wú)蒸養(yǎng)的水泥漿體中的DEF，表明其對(duì)水泥漿體的影響不顯著。堿-骨料反應(yīng)[11、12]、凍融循環(huán)[13、14]或化學(xué)侵蝕[8]等都能激發(fā)生成DEF，進(jìn)而使混凝土構(gòu)件體積膨脹。Taylor[15]全面地評(píng)價(jià)了DEF這種產(chǎn)物，指出混凝土和水泥砂漿的微結(jié)構(gòu)決定了混凝土材料如何由DEF產(chǎn)生破壞應(yīng)力，任何一個(gè)削弱混凝土材料的因素都會(huì)降低混凝土抗膨脹的能力。如果養(yǎng)護(hù)溫度、熱度、冷卻率以及前置時(shí)間沒(méi)有選擇合適，溫度應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生微裂紋。所有像DEF這樣的損傷過(guò)程不僅影響混凝土的強(qiáng)度，而且也影響了混凝土的耐久性。這是因?yàn)镈EF使得混凝土更容易被滲透，砂漿-骨料界面變得更薄弱[15]。本文基于混凝土的初凝時(shí)間，通過(guò)不同的前置時(shí)間對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
2.1 試驗(yàn)用原材料
水泥為北京產(chǎn)拉法基42.5MPa 普通硅酸鹽水泥，其化學(xué)成分和物理性能分別列于表1 和表2。細(xì)骨料為河砂，細(xì)度模數(shù)F.M.為2.78；粗骨料為碎石，粗骨料最大粒徑為25 ㎜。拌和用水為自來(lái)水；天津產(chǎn)FDN 高效減水劑用于配制C40 混凝土。
2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)
混凝土配合比按《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2000）進(jìn)行設(shè)計(jì)。選擇強(qiáng)度C25 和C40 混凝土進(jìn)行試驗(yàn)，其配合比見表3
2.3 試驗(yàn)過(guò)程
3C25 和C40 混凝土的拌合物在25℃的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行拌合?；鶞?zhǔn)混凝土試件進(jìn)行標(biāo)養(yǎng)（20±3
℃，相對(duì)濕度98±2%），試件為100 ㎜×100 ㎜×100 ㎜立方體，測(cè)其1d、3d、7d、28d 和90d的抗壓強(qiáng)度，其強(qiáng)度值按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081—2002 中抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法取值。
按照ASTM C403 規(guī)定步驟做不同混凝土的初凝時(shí)間（T0）。C20 和C40 混凝土的初凝時(shí)間
分別為235 和220min，用它們作為選擇前置時(shí)間的基礎(chǔ)。前置時(shí)間是指水與水泥在攪拌機(jī)拌合到蒸養(yǎng)工序開始之間的時(shí)間。本文選擇了T0、T1、T2 和T3 四個(gè)前置時(shí)間進(jìn)行研究。表4 列出
兩種混凝土的不同前置時(shí)間。
在前置時(shí)間里，試件用濕布覆蓋放置在20±3℃的環(huán)境。前置時(shí)間結(jié)束，將試件放入養(yǎng)護(hù)
箱中，以每小時(shí)21℃的速度升溫至80℃，分別連續(xù)蒸養(yǎng)5h 和10h。然后從養(yǎng)護(hù)箱中取出置于
標(biāo)養(yǎng)的環(huán)境中，達(dá)到規(guī)定的齡期進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。其強(qiáng)度值按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方
法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081—2002 中抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法取值。
3 結(jié)果和討論
C25 混凝土和C40 混凝土在80℃的溫度下分別連續(xù)蒸養(yǎng)5h 和10h 后的抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)
果列于表5?；鶞?zhǔn)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度值也列于表5。蒸養(yǎng)過(guò)的混凝土試件的抗壓強(qiáng)度用基準(zhǔn)
混凝土試件的抗壓強(qiáng)度的百分比表示，見圖1～圖4。
從圖1～圖4中可以看出，所有蒸養(yǎng)過(guò)的1d試件的抗壓強(qiáng)度都高于沒(méi)有蒸養(yǎng)過(guò)的基準(zhǔn)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度。然而蒸養(yǎng)過(guò)的混凝土試件的后期強(qiáng)度都很低。這與文獻(xiàn)[15～18]的研究結(jié)果相符。3d、7d、28d和90d的蒸養(yǎng)試件在前置時(shí)間T1、T2、T3有較大的強(qiáng)度損失。但是當(dāng)前置時(shí)間等于混凝土的初凝時(shí)間（T0）時(shí)，3d的蒸養(yǎng)試件沒(méi)有或有小的強(qiáng)度損失。
表5的試驗(yàn)分析結(jié)果表明，以T0作為前置時(shí)間的3d抗壓強(qiáng)度比以T2和T3作為前置時(shí)間的7d抗壓強(qiáng)度要高。以C40混凝土為例，取T0作為前置時(shí)間，3d抗壓強(qiáng)度為32.7MPa；取T2或T3作為前置時(shí)間，7d抗壓強(qiáng)度分別為28.8MPa和26.9MPa。同樣地，當(dāng)前置時(shí)間從T2或T3增加到初凝時(shí)間T0，除了連續(xù)蒸養(yǎng)5h的C25混凝土3d的抗壓強(qiáng)度以外，所有試件1d的抗壓強(qiáng)度均高于3d的抗壓強(qiáng)度。
從圖1 到圖4 可以看出，隨著前置時(shí)間的增加，各齡期強(qiáng)度均有顯著的增加。當(dāng)前置時(shí)間從T3 增加到T0，1d 的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯。從圖表可見，C25 混凝土連續(xù)蒸養(yǎng)10h，前置時(shí)間為T3 的抗壓強(qiáng)度為17.9MPa，是基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度的130%；前置時(shí)間為T0 的抗壓強(qiáng)度為22.6MPa，是基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度的165%，后者比前者強(qiáng)度增長(zhǎng)35%。蒸養(yǎng)對(duì)3d、7d、28d 和90d 的C25 和C40 混凝土強(qiáng)度都有不同程度的改善。在這些齡期中，前置時(shí)間T0 和T3 之間的強(qiáng)度差值比1d 齡期的強(qiáng)度差值要小，說(shuō)明1d 齡期的前置時(shí)間為T0 時(shí)混凝土強(qiáng)度改善明顯。由于蒸養(yǎng)工序前前置時(shí)間的增加使混凝土的抗拉強(qiáng)度增大，減少了裂縫生成，因此，各齡期強(qiáng)度有不同程度的增長(zhǎng)[6]。
從圖1～圖4中可以看出，所有蒸養(yǎng)過(guò)的1d試件的抗壓強(qiáng)度都高于沒(méi)有蒸養(yǎng)過(guò)的基準(zhǔn)混凝土試件的抗壓強(qiáng)度。然而蒸養(yǎng)過(guò)的混凝土試件的后期強(qiáng)度都很低。這與文獻(xiàn)[15～18]的研究結(jié)果相符。3d、7d、28d和90d的蒸養(yǎng)試件在前置時(shí)間T1、T2、T3有較大的強(qiáng)度損失。但是當(dāng)前置時(shí)間等于混凝土的初凝時(shí)間（T0）時(shí)，3d的蒸養(yǎng)試件沒(méi)有或有小的強(qiáng)度損失。
表5的試驗(yàn)分析結(jié)果表明，以T0作為前置時(shí)間的3d抗壓強(qiáng)度比以T2和T3作為前置時(shí)間的7d抗壓強(qiáng)度要高。以C40混凝土為例，取T0作為前置時(shí)間，3d抗壓強(qiáng)度為32.7MPa；取T2或T3作為前置時(shí)間，7d抗壓強(qiáng)度分別為28.8MPa和26.9MPa。同樣地，當(dāng)前置時(shí)間從T2或T3增加到初凝時(shí)間T0，除了連續(xù)蒸養(yǎng)5h的C25混凝土3d的抗壓強(qiáng)度以外，所有試件1d的抗壓強(qiáng)度均高于3d的抗壓強(qiáng)度。
從圖1 到圖4 可以看出，隨著前置時(shí)間的增加，各齡期強(qiáng)度均有顯著的增加。當(dāng)前置時(shí)間從T3 增加到T0，1d 的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯。從圖表可見，C25 混凝土連續(xù)蒸養(yǎng)10h，前置時(shí)間為T3 的抗壓強(qiáng)度為17.9MPa，是基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度的130%；前置時(shí)間為T0 的抗壓強(qiáng)度為22.6MPa，是基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度的165%，后者比前者強(qiáng)度增長(zhǎng)35%。蒸養(yǎng)對(duì)3d、7d、28d 和90d 的C25 和C40 混凝土強(qiáng)度都有不同程度的改善。在這些齡期中，前置時(shí)間T0 和T3 之間的強(qiáng)度差值比1d 齡期的強(qiáng)度差值要小，說(shuō)明1d 齡期的前置時(shí)間為T0 時(shí)混凝土強(qiáng)度改善明顯。由于蒸養(yǎng)工序前前置時(shí)間的增加使混凝土的抗拉強(qiáng)度增大，減少了裂縫生成，因此，各齡期強(qiáng)度有不同程度的增長(zhǎng)[6]。
從圖1～圖4中可以看出，所有蒸養(yǎng)過(guò)的1d試件的抗壓強(qiáng)度都高于沒(méi)有蒸養(yǎng)過(guò)的基準(zhǔn)混凝土
試件的抗壓強(qiáng)度。然而蒸養(yǎng)過(guò)的混凝土試件的后期強(qiáng)度都很低。這與文獻(xiàn)[15～18]的研究結(jié)果相符。
3d、7d、28d和90d的蒸養(yǎng)試件在前置時(shí)間T1、T2、T3有較大的強(qiáng)度損失。但是當(dāng)前置時(shí)間等于混凝土的初凝時(shí)間（T0）時(shí)，3d的蒸養(yǎng)試件沒(méi)有或有小的強(qiáng)度損失。表5的試驗(yàn)分析結(jié)果表明，以T0作為前置時(shí)間的3d抗壓強(qiáng)度比以T2和T3作為前置時(shí)間的7d抗壓強(qiáng)度要高。以C40混凝土為例，取T0作為前置時(shí)間，3d抗壓強(qiáng)度為32.7MPa；取T2或T3作為前置時(shí)間，7d抗壓強(qiáng)度分別為28.8MPa和26.9MPa。同樣地，當(dāng)前置時(shí)間從T2或T3增加到初凝時(shí)間T0，除了連續(xù)蒸養(yǎng)5h的C25混凝土3d的抗壓強(qiáng)度以外，所有試件1d的抗壓強(qiáng)度均高于3d的抗壓強(qiáng)度。
從圖1 到圖4 可以看出，隨著前置時(shí)間的增加，各齡期強(qiáng)度均有顯著的增加。當(dāng)前置時(shí)間從T3 增加到T0，1d 的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯。從圖表可見，C25 混凝土連續(xù)蒸養(yǎng)10h，前置時(shí)間為T3 的抗壓強(qiáng)度為17.9MPa，是基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度的130%；前置時(shí)間為T0 的抗壓強(qiáng)度為22.6MPa，是基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度的165%，后者比前者強(qiáng)度增長(zhǎng)35%。蒸養(yǎng)對(duì)3d、7d、28d 和90d 的C25 和C40 混凝土強(qiáng)度都有不同程度的改善。在這些齡期中，前置時(shí)間T0 和T3 之間的強(qiáng)度差值比1d 齡期的強(qiáng)度差值要小，說(shuō)明1d 齡期的前置時(shí)間為T0 時(shí)混凝土強(qiáng)度改善明顯。由于蒸養(yǎng)工序前前置時(shí)間的增加使混凝土的抗拉強(qiáng)度增大，減少了裂縫生成，因此，各齡期強(qiáng)度有不同程度的增長(zhǎng)[6]。
過(guò)去也有不少學(xué)者對(duì)各種前置時(shí)間進(jìn)行過(guò)研究[2～5]。本文基于凝結(jié)時(shí)間對(duì)混凝土蒸養(yǎng)前的前
置時(shí)間進(jìn)行了研究。將混凝土的凝結(jié)時(shí)間作為前置時(shí)間的有利之處在于：在溫升的過(guò)程中，由于混凝土內(nèi)部熱交換需要時(shí)間，混凝土內(nèi)的溫度滯后于養(yǎng)護(hù)室的溫度[6]。因此，如果在凝結(jié)時(shí)間之前進(jìn)行蒸養(yǎng)，混凝土外部（或表面）已經(jīng)硬化而內(nèi)部還處于塑性狀態(tài)。換言之，內(nèi)部塑性的混凝土周圍包裹了一層厚的硬化的混凝土。當(dāng)內(nèi)部混凝土的溫度升高（由于蒸養(yǎng)或水化熱），內(nèi)部新鮮混凝土?xí)兏膳蛎洝６@種膨脹產(chǎn)生的拉應(yīng)力會(huì)使外部已經(jīng)硬化的混凝土產(chǎn)生損傷[9]。筆者建議前置時(shí)間采用混凝土的初凝時(shí)間，因?yàn)閮?nèi)部混凝土凝結(jié)硬化的時(shí)間不會(huì)超過(guò)混凝土凝結(jié)時(shí)間[6]。
而且發(fā)熱階段，混凝土各組分熱膨脹系數(shù)的差異能導(dǎo)致產(chǎn)生微裂縫和增大孔隙率[5]。當(dāng)混
凝土的凝結(jié)時(shí)間作為前置時(shí)間進(jìn)行蒸養(yǎng)時(shí)，這種不利影響可以被防止發(fā)生。
試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)蒸養(yǎng)持續(xù)的時(shí)間更長(zhǎng)時(shí)，各個(gè)齡期都能獲得更高的強(qiáng)度。試驗(yàn)主要觀察了1d 齡期的蒸養(yǎng)強(qiáng)度。從圖1 和圖2 可以看出，當(dāng)蒸養(yǎng)持續(xù)的時(shí)間從5h 增加到10h 時(shí)，1d 齡期C25 混凝土前置時(shí)間T3、T2、T1 和T0 的抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)11%、16%、22%和31%。同樣地，從圖3 和圖4，當(dāng)蒸養(yǎng)持續(xù)的時(shí)間從5h 增加到10h 時(shí)，1d 齡期C40 混凝土前置時(shí)間T3、T2、T1 和T0 的抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)13%、16%、15%和17%。另外，對(duì)于C25 和C40，當(dāng)蒸養(yǎng)持續(xù)的時(shí)間從5h 增加到10h 時(shí)，3d、7d、28d 和90d 抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)都低于1d 的.
通過(guò)對(duì)C25 混凝土和C40 混凝土的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，蒸養(yǎng)后C25 混凝土1d 的抗壓強(qiáng)度比C40 的要高，后期強(qiáng)度損失C25 也比C40 的小。因而，蒸養(yǎng)對(duì)C25 混凝土更有利。在混凝土強(qiáng)度發(fā)展過(guò)程中，當(dāng)水灰比較高時(shí)蒸養(yǎng)的加速效應(yīng)更加顯著。對(duì)于給定的水灰比，水泥用量大的試件，在混凝土強(qiáng)度發(fā)展的后期蒸養(yǎng)的不利影響很大。因?yàn)樵谡麴B(yǎng)過(guò)程中，大量的水化熱引起更大的溫升和膨脹。因此，延長(zhǎng)前置時(shí)間對(duì)C40 的混凝土的蒸養(yǎng)更有利。對(duì)這一現(xiàn)象的更深入的解釋需要做進(jìn)一步的研究。
4 結(jié)論
（1）、1d 蒸養(yǎng)的所有試件的抗壓強(qiáng)度都高于基準(zhǔn)的沒(méi)有蒸養(yǎng)的試件的抗壓強(qiáng)度。但是蒸養(yǎng)過(guò)的試件的3d、7d、28d 和90d 的抗壓強(qiáng)度都低于沒(méi)有蒸養(yǎng)的基準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度；
（2）、蒸汽養(yǎng)護(hù)的前置時(shí)間應(yīng)等于混凝土的凝結(jié)時(shí)間。通過(guò)前置時(shí)間的延長(zhǎng)，能在較短的時(shí)間里得到更高的強(qiáng)度。在本文中，當(dāng)蒸汽養(yǎng)護(hù)的前置時(shí)間等于混凝土的凝結(jié)時(shí)間時(shí)，抗壓強(qiáng)度最高；
（3）、在80℃的溫度下，蒸養(yǎng)5～10h 可獲得更高的抗壓強(qiáng)度；
（4）、與C40 的混凝土相比，蒸汽養(yǎng)護(hù)的有利因素對(duì)C25 混凝土更顯著。對(duì)于C40 混凝土，讓蒸汽養(yǎng)護(hù)的前置時(shí)間等于混凝土的凝結(jié)時(shí)間更重要。
參 考 文 獻(xiàn)
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