寒区冬季施工养生条件对桥梁用混凝土力学性能的影响

何承义，王景波，张显军，杨　扬

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院,黑龙江 哈尔滨 150050)



寒区冬季施工养生条件对桥梁用混凝土力学性能的影响

何承义，王景波，张显军，杨扬

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院,黑龙江 哈尔滨 150050)

摘要：通过对冬季桥梁用混凝土试验研究，比较不同养护温度、湿度组合对桥梁用混凝土力学性能的影响。得出不同的养护温度和相对湿度组合对冬季桥梁用混凝土抗压强度的影响规律。实验结果表明, 养护温度升温速度过快时混凝土表面的水分会大量蒸发使混凝土后期强度发展缓慢。高温养护期混凝土保持充分湿度十分必要。

关键词：寒区；养生；力学性能；桥梁

黑龙江省属于寒温带，与我国其它地区混凝土冬季施工相比有很大区别。在严寒的冬季施工，混凝土养生一直也没有科学规范的方法。事实上，混凝土的强度及耐久性与养护条件(尤其是温度、湿度条件)关系很大，冬季施工混凝土的养生条件、温湿度交替循环变化，混凝土强度增长与室内标准养生下强度增长有较大差异，因而现场养生的混凝土品质会存在较大差异性。近年来，由于交通设施建设的需要，有很多桥梁(特别是一些特大桥)采用了跨越严冬时节的冬季施工。所以，从保证寒区桥梁混凝土耐久性的角度，研究混凝土养生条件(温度、湿度条件)对混凝土力学性质及耐久性的影响十分必要。

1试验材料配合比与试验方法

冬季施工养生方法主要有综合蓄热法和外部加热法，严寒时节只能使用外部加热法。外部加热时可通过红外线加热、电加热、蒸汽加热、火炉加热来实现。通过对黑龙江省及吉林省桥梁冬季施工养生方法的调查发现，施工企业考虑经济、工艺可行，通常使用搭棚覆盖配合蒸汽加热、焦炭炉加热及焦炭炉配合蒸汽加热等方法。本研究针对性地设计了3种室内模拟环境即5 ℃不同相对湿度、30 ℃不同相对湿度及60 ℃不同相对湿度组合，以此分别模拟搭棚覆盖蒸汽加热、焦炭炉配合蒸汽加热及焦炭炉加热法养生环境。试验时分3批制作混凝土立方体试件用于3种养护组合的试验，每批试件强度等级C40。每组试件按标准条件和设计组合条件两种方式进行养护以便对比。

1.1原材料

试验中水泥选用哈尔滨亚泰天鹅P.O 42.5普通硅酸盐水泥；碎石来自阿城玉泉石场，为5～20 mm连续级配，表观密度2 713 kg/m3，堆积密度1 476 kg/m3，压碎值8.9%，含泥量<1%；砂子为天然砂，来自松花江，细度模数为2.4，含泥量<3%，最大粒径5 mm，表观密度2 620 kg/m3，堆积密度1 346 kg/m3；粉煤灰采用哈尔滨三电厂生产的Ⅰ 级粉煤灰，烧失量为3.5%，比表面积为5 400 cm2/g；减水剂采用黑龙江省低温建筑科学研究所中间试验厂萘系减水剂。

1.2混凝土配合比

通过对黑龙江省目前一些预应力混凝土桥梁结构所使用的混凝土配合比调查，确定了本试验研究所使用混凝土配合比并按此配合比制备试块。试验用混凝土配合比见表1。

表1　试验用混凝土配合比　kg/m3

1.3试验方法

为了研究寒区冬季施工养生条件对桥梁用混凝土力学性能影响，选用混凝土抗压强度这一重要力学性能指标来进行试验研究。

将试验设计为3种方式，方式Ⅰ采用养护温度5 ℃，相对湿度(RH)为70%组合，试块在此组合养护条件下养护1 d、3 d、7 d、14 d、28 d时分别进行抗压强度试验；方式Ⅱ采用养护温度30 ℃与相对湿度(RH)分别为50%、70%、95%组合，试块在此组合养护条件下养护1 d、3 d、7 d、14 d、28 d时分别进行抗压强度试验；方式Ⅲ采用养护温度60 ℃与相对湿度(RH)分别为50%、70%、95%组合，试块在此组合养护条件下养护1 d、3 d、7 d、14 d、28 d时分别进行抗压强度试验。另外同期、同材料制作一组进行标准养护的试块，也按照养护1 d、3 d、7 d、14 d、28 d分别进行抗压强度试验用于与前3种方式比较。

试验结果按下列要求进行整理: 标准养护条件下混凝土抗压强度随龄期增长的规律; 养护温度为5 ℃，相对湿度(RH)为70%组合养护条件下混凝土抗压强度随龄期增长的规律; 养护温度为30 ℃与相对湿度(RH)分别为50%、70%、95%组合养护条件下混凝土抗压强度随龄期增长的规律; 养护温度为60 ℃与相对湿度(RH)分别为50%、70%、95%组合养护条件下混凝土抗压强度随龄期增长的规律。由此通过对比分析, 探讨寒区桥梁混凝土冬季施工养生温、湿度对混凝土力学性能的影响。

2试验结果及分析

2.1试验结果

温度为5 ℃，相对湿度(RH)70%组合养护时，混凝土抗压强度试验结果随龄期增长曲线如图1所示。

图1　温度为5 ℃，相对湿度(RH)70%时混凝土抗压强度随龄期增长曲线

养护温度30 ℃与相对湿度(RH)分别为50%、70%、95%组合养护条件下，对试件分别以Y1、Y2、Y3编号，Y1代表相对湿度(RH)50%,Y2代表相对湿度(RH)70%,Y3代表相对湿度(RH)95%，此组合混凝土抗压强度试验结果随龄期增长曲线如图2所示。

图2　温度为30 ℃时不同相对湿度(RH)混凝土抗压强度随龄期增长曲线

养护温度60 ℃与相对湿度(RH)分别为50%、70%、95%组合养护条件下，对试件不同相对湿度(RH)编号同前，此组合混凝土抗压强度试验结果随龄期增长曲线如图3所示。

图3　温度为60 ℃时不同相对湿度(RH)混凝土抗压强度随龄期增长曲线

2.2试验结果分析

试验结果显示温度为5 ℃，相对湿度(RH)70%组合养护时，混凝土抗压强度随龄期增长而增长，但其增长速率低于标准养护混凝土，而且同样龄期时其强度也低于标准养护混凝土，28 d抗压强度仅为标准养护混凝土抗压强度的78.9%。说明温度对混凝土抗压强度增长有较大影响，在低温养护时这一影响尤为显著。

养护温度30 ℃与相对湿度(RH)分别为50%、70%、95%组合养护条件下，不同相对湿度(RH)混凝土试块在相同龄期时抗压强度试验结果区别不明显，随龄期增长曲线趋势也相同，而且与标准养护混凝土随龄期增长曲线趋势相同。试验说明在温度相同的情况下，养护湿度条件对混凝土抗压强度影响不明显。外部环境湿度与混凝土抗压强度之间的关系不大，而真正影响混凝土力学性能的是混凝土内部湿度。

养护温度60 ℃与相对湿度(RH)分别为50%、70%、95%组合养护条件下，温度60 ℃与相对湿度(RH)95%组合时混凝土抗压强度增长很快，24 h时就已经达到了标准养护28 d强度，后期强度虽有增加但增长趋势趋缓；相对湿度(RH)分别为50%、70%时24 h混凝土强度均低于相对湿度(RH)95%组合时很多，而且后期强度增长不明显。试验结果说明高温、高湿组合是达到混凝土强度增长的最佳手段，但是高温时湿度较低，不仅不能使混凝土强度快速达到设计强度，而且即使增加龄期对混凝土强度增长也不明显。空气相对湿度影响着混凝土中的相对湿度，而为维持水泥水化的进行，混凝土中的相对湿度应保持在80%以上才利于混凝土强度增长。混凝土相对湿度低于80%时，水化程度相对较低，说明相对湿度(RH)低时导致了混凝土早期干燥进而显著地影响混凝土强度发展。

以上试验结果说明，混凝土浇筑后抗压强度增长的速率是随着养护温度的增高而加快的，早期较高的养护温度可加决混凝土水化的反应速率，提高其反应程度；早期低温养护情况下混凝土的水化受到抑制，其反应程度相当低，后期标养条件下会有一定增长。外部环境湿度显著地影响着混凝土内部相对湿度。外部湿度越高，时间越长，其内部相对湿度下降越慢，养生而得的混凝土抗压强度越高。

目前寒区桥梁混凝土冬季施工时，很多施工企业选用混凝土暖棚养生配合焦炭炉供热的方法，这样的养护温度高易保温，成本也较经济，但湿度控制尤为重要；如果选用暖棚养生配合蒸汽的养生方法，暖棚内可以达到高温高湿，此时的混凝土强度上升快，会节省养护时间。这里仅探讨了不同养护环境对抗压强度的影响，对于不同养护环境时对混凝土耐久性的影响将在后面的试验研究中涉及。

3结论

1)较低温度养护时，混凝土抗压强度增长低于标准养护，混凝土抗压强度在相同龄期也低于标准养护时。

2)在养护温度30 ℃的情况下，养护湿度条件对混凝土抗压强度影响不明显。说明在接近标准养护温度养护时，相对湿度对混凝土抗压强度影响程度较小。

3)在养护温度60 ℃的情况下，外部环境湿度显著地影响着混凝土内部相对湿度。高温养护升温速度过快时混凝土外部湿度越高且时间越长，其内部相对湿度下降越慢，同龄期养生而得的混凝土抗压强度越高，高温养护期混凝土保持充分湿度十分必要。

参考文献

[1]于韵，蒋正武.养护条件对混凝土早期内部相对湿度的影响研究 [J].江西建材，2003(1):15-17.

[2]黄瑜，祁锟，张君.早龄期混凝土内部湿度发展特征[J].清华大学学报(自然科学版)，2007,47(3):309-312.

[3]赵芸平，孙玉良，于涛,等.寒冷地区冬季混凝土强度增长规律的试验研究[J].硅酸盐通报,2009,28(4):123-125.

[4]梁军林，王浩，张擎.养生温湿度条件对路面水泥混凝土弯拉强度的影响[J].公路交通科技,2011,28(11):32-38.

[5]王慧颖，王尧天.寒区植被混凝土无侧限抗压性能试验研究[J].黑龙江工程学院学报，2014，28(4)：4-7.

[6]李连志，于静波.混凝土抗盐冻性能的试验研究[J].黑龙江工程学院学报(自然科学版)，2008，22(3)：14-17.

[7]耿健，彭波，孙家瑛.蒸汽养护制度对水泥石孔结构影响[J].建筑材料学报，2011,14(1):116-118.

[8]胡曙光,何永佳，王晓，等.不同养护制度下混合水泥反应程度的研究[J].武汉科技学院学报，2005,18(12):33-36.

[9]郭成举.混凝土的物理和化学[M].北京：中国铁道出版社，2004:51-67.

[10] Steven H.kosmatka等.混凝土设计与控制[M].重庆：重庆大学出版社，2005.

[责任编辑：刘文霞]

Study on the effect of curing condition on the mechanical properties of bridge concrete in cold region

HE Chengyi, WANG Jingbo, ZHANG Xianjun, YANG Yang

(College of Civil and Architecture Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050,China)

Abstract：Based on the tests, comparison is made on the different curing temperature and humidity on the mechanical properties of concrete bridges. The results show that: different curing temperature and relative humidity affect the growth of concrete compressive strength, The conclusion shows that the water of the concrete surface is a lot of evaporation in the heating rate. Concrete late strength development is slow. It is necessary for the high temperature curing of concrete to keep enough moisture.

Key words：cold region; curing; mechanical properties；bridge

中图分类号：TU528

文献标识码：A

文章编号：1671-4679(2016)01-0001-03

作者简介：何承义(1962-)，男，教授,研究方向：桥梁工程材料与结构.

基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目(E201325)

收稿日期：2015-09-23