混凝土強度等級與養護方式對軟化系數的影響

袁濤，蔣元海，連洵桓

（嘉興學院，浙江 嘉興 314001）

0 引言

隨著經濟的快速發展，我國的建筑工程發展也隨之加快，混凝土需求量愈來愈大?；炷翉V泛應用于橋梁、隧道、房建、公路工程等方面，但在長期使用過程中，混凝土存在著一定程度的損害，尤其是一些需要長期接觸水環境的混凝土建筑。 水泥混凝土一旦出現腐蝕、開裂等現象，外部的水分就會進入到混凝土構件的內部，導致鋼筋的銹蝕，降低鋼筋的強度和混凝土的耐久性，從而影響混凝土構件的使用壽命， 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中是否能保持原有外觀和強度的性能[1]。 衡量混凝土耐水性的指標為混凝土的軟化系數。 以不同強度等級的混凝土試件為研究對象， 分別在自然養護、標準養護及蒸汽養護的方式下進行養護，通過測定混凝土的軟化系數來研究混凝土的強度等級與養護方式對混凝土耐水性的影響。

1 試驗

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 的連續級配碎石，細骨料為細度模數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:粉煤灰具體性能見表1，礦渣粉具體性能見表2。

表1 粉煤灰基本性能

表2 礦渣粉基本性能

1.2 試驗方法

（1）試件制備與養護

按照規范GB/T50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行混凝土試件的制備，試件為100 mm×100 mm×100 mm 的立方體， 分別在自然養護、 標準養護和蒸汽養護三種方式下進行養護， 每種強度等級的混凝土試件需要制備18 塊，共6 組， 分別測定3 種養護方式下混凝土的軟化系數。

采用自然養護的試件：試件澆筑成型后，放置于室內，24 h 后對試件進行脫模。 脫模后，在室內進行灑水養護，養護時間為7 d，然后繼續在室內進行自然養護直至28 d 試驗齡期。

采用標準養護的試件： 成型好的試件用表面覆膜密封后, 放置于標準養護室(20±2 ℃,≥95%RH)中進行養護并于24 h 時拆模[2]。 對于標準養護的試件,采取全程標準養護的方式，養護至28 d 試驗齡期。

采用蒸汽養護的試件：試件澆筑成型后帶模放入標準養護室中靜停2 h， 隨后放入蒸汽養護箱內進行蒸汽養護，2 h 勻速升溫至70 ℃，升溫速率保持在25～30 ℃/h，再恒溫5 h，試件蒸養結束后采用自然降溫，降溫速率為15～20 ℃/h。 在升溫和降溫過程中,需注意控制養護箱內溫度由室溫勻速提升至規定養護溫度及由規定養護溫度勻速降低至室溫[3]。 降溫結束后，進行脫模，然后將試件放入標準養護室中繼續養護至28 d 試驗齡期。

（2）試件吸水飽和與干燥方式

吸水飽和方式：一組試件養護至25 d 齡期后，取出完全浸泡至水中，期間需要補充水分，保持試件浸沒在水中，到28 d 時取出，擦干表面水分，立即進行抗壓強度試驗。

干燥方式：另一組試件養護至28 d 齡期后，取出放置于恒溫干燥箱中進行干燥， 恒溫干燥箱溫度設置為105 ℃[4]。 干燥前期,每隔1 h 測量1 次試件質量,測量過程中干燥箱保持工作狀態,將試件取出測量質量后應迅速放入干燥箱,以減小試驗誤差，干燥后期適當延長質量測量的間隔時間,每隔5 h 測量1 次試件質量。 當兩次測量的質量差值不大于1 g 時結束烘干，待混凝土試件冷卻至室溫后進行抗壓強度試驗[5]。 本試驗中，每組試件的干燥時間為20 h。

（3）抗壓強度測定

按照規范GB/T50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行抗壓強度測定。

（4）軟化系數

式中：KR—材料的軟化系數；f—材料在吸水飽和狀態下的抗壓強度，MPa；F—材料在干燥狀態下的抗壓強度，MPa。

1.3 混凝土配合比及試驗環境

試驗一共需要制備6 種不同強度等級的混凝土試件，C30、C40、C50 強度等級混凝土試件采用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥配制；C60、C70、C80 強度等級混凝土試件采用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，是因為礦渣粉的活性較高，發生水化反應時，能夠生成對填補縫隙有作用的水化產物；以粉煤灰為摻合料，能夠提高新拌混凝土的和易性，同時可以產生更多能夠填充骨料間隙的砂漿[6]；而復摻粉煤灰、礦渣粉對混凝土具有微集料填充和二次水化反應雙重效應[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水泥分子具有超分散作用，且減水率大、強度增長明顯、坍落度損失小，可以有效提高混凝土的力學性能[8]。

試驗環境：本試驗的試驗時間在11～12 月份，天氣較為干燥，在室內環境下進行，室內溫度在15 ℃左右，晝夜溫差較大。

2 試驗結果分析

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、 砂石品種及養護方式等方面出發，分析了影響水泥混凝土耐水性的因素，并就此提出相關改進措施。本試驗從混凝土強度等級及養護方式兩方面進行分析。試驗對6 種不同強度等級的混凝土試件進行抗壓強度測定，不同強度等級混凝土試件的抗壓強度見表4，進而得出6 種不同強度等級混凝土試件的軟化系數，見表5。

表4 不同強度等級混凝土抗壓強度

表5 不同強度等級混凝土軟化系數

從表5 中可以看出，不同強度等級的混凝土試件在三種不同養護方式下的軟化系數均大于0.75，說明混凝土適用于受潮較輕或次要結構中。在自然養護的方式下，C30、C60、C70 混凝土的軟化系數較小，為0.80，而C50 混凝土的軟化系數最大，達到了0.92； 在標準養護的方式下，C60 混凝土的軟化系數最小，為0.82，C50 混凝土的軟化系數最大，為0.90； 在蒸汽養護的方式下，C60 混凝土的軟化系數最小，為0.77，C70 混凝土的軟化系數為0.94，達到最大。

2.1 混凝土強度等級對軟化系數的影響

混凝土的強度等級不同，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致的。本試驗中，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計規程》的要求，故進行分析時，不考慮這一因素，現從水膠比、水泥品種等方面進行分析。

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圖，如圖1、2 所示。

圖1 C30、C40、C50 混凝土軟化系數

圖2 C60、C70、C80 混凝土軟化系數

從圖1 可以看出， 由P·O 42.5 級水泥配制而成的混凝土試件， 隨著混凝土強度等級的提高，混凝土的軟化系數也隨之增大，這是由于混凝土的強度等級越低，其水膠比越大，當水泥發生水化反應后，未反應的自由水較多，其內部會形成較大孔徑的孔隙， 這些孔隙對于混凝土的耐水性十分不利。從圖2 看出， 由P·O 52.5 級水泥配制而成的混凝土試件，在自然養護方式下，混凝土的強度等級與混凝土的軟化系數成正相關。 在標準養護方式下，當混凝土強度等級為C70 時， 軟化系數出現了跳躍。 在蒸汽養護方式下， 隨著混凝土強度等級的增加，軟化系數呈現兩極分布，C70、C80 混凝土的軟化系數增加，分別達到了0.94、0.89，C60 混凝土的軟化系數出現下降趨勢，降低至0.77。這是因為一方面隨著混凝土強度等級的提高水膠比逐漸減小， 另一方面混凝土試件經過蒸汽養護后水化反應進行得更為充分，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下的抗壓強度[10]。

2.2 混凝土養護方式對軟化系數的影響

李曉等對蒸養后的混凝土進行補充養護，分析不同養護方式對混凝土耐水性的影響，發現混凝土耐水性在不同養護方式下的表現不同[11]，本試驗分別對混凝土試件進行了自然養護、標準養護及蒸汽養護，探究混凝土的養護方式對軟化系數的影響。

從圖3、4、5 中可以看出，對于較低強度混凝土（C30、C40）， 標準養護的混凝土軟化系數最大，分別為0.84、0.88； 對于中等強度混凝土(C50、C60)，自然養護混凝土的軟化系數較大， 分別為0.90、0.82；對于較高強度混凝土(C70、C80），混凝土蒸汽養護下的軟化系數達到最大，分別為0.94、0.89。

圖3 自然養護下的軟化系數

圖4 標準養護下的軟化系數

圖5 蒸汽養護下的軟化系數

對于較低強度的混凝土而言，在標準養護下，隨著水化反應的進行，需要消耗的水分也在增加，在水的參與下，隨著齡期的增加，生成的水化產物逐漸填充混凝土的內部孔隙，提高了混凝土的密實性，而自然養護方式不能有效持續地提供水分，影響了水泥混凝土的二次水化反應，因此低強混凝土在標準養護下的軟化系數較高。 對于較高強度的混凝土，在蒸汽養護一段時間后， 再繼續放入標準養護室中，一方面可以促進水泥混凝土的進一步水化，另一方面可以對其在蒸養過程中產生的微小縫隙進行有效修復，對混凝土的耐水性起到改善作用。

3 結論

（1）混凝土強度等級對軟化系數有較大影響，C50和C80 混凝土在三種養護方式下均有較高的軟化系數，說明C50 和C80 混凝土在潮濕環境下的抗壓強度減弱較小，較適用于潮濕環境。

（2）混凝土的養護方式與軟化系數有較為明顯的聯系，對于較高強度的混凝土，在蒸汽養護方式下的軟化系數最大，其次是在標準養護下；對于中等強度的混凝土，在蒸汽養護方式下軟化系數不高；對于較低強度的混凝土，軟化系數在標準養護下達到最大。

（3）總體而言，混凝土的強度等級與養護方式對于其軟化系數均有影響，但相比較，混凝土的養護方式對軟化系數的影響更為明顯。