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32Industrial Construction Vol. 40， No. 11， 2010工业建筑2010 年第 40 卷第 11 期 养护条件对不同陶粒掺量混凝土强度影响的研究 * 孔丽娟 1 吴志刚 2 1. 石家庄铁道大学材料学院， 石家庄050043; 2. 中冶集团建筑研究总院有限公司， 北京 100088 摘要研究了不同水灰比的普通混凝土、 混合骨料混凝土和轻骨料混凝土在不同养护条件下的强度发 展规律， 同时还对混凝土内部相对湿度进行了测定。结果表明， 室外自然养护条件下， 普通混凝土 28 d 后强 度几乎不再增长; 标准养护条件下， 掺加陶粒的低水灰比混凝土后期强度增长率较高; 水中养护条件下， 陶粒 自养护作用对混凝土强度增长的贡献较低。 关键词养护条件;强度; 相对湿度; 陶粒; 水灰比 EFFECT OF CURING CONDITION ON STRENGTH OF CONCRETE WITH DIFFERENT CERAMSITE CONTENT Kong Lijuan1Wu Zhigang2 1. School of Material Science and Engineering，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang 050043， China; 2. Centre Research Institute of Building and Construction Co. Ltd，MCC Group，Beijing 100088， China Abstract The strength development law of normal weight，combined aggregate and lightweight aggregate concretes as well as the internal relative humidity of concrete under different curing conditions were studied. The results show that，under outdoor natural curing condition，the strength of normal weight concrete has little increase after 28d. Under standard curing condition，the concrete with low water-cement ratio containing ceramsite has higher growth rate of long-term strength. Under water curing condition，the contribution of self-curing effect of ceramsite to the growth of the concrete strength is lower. Keywords curing condition;strength;relative humidity;ceramsite;water-cement ratio * 国家 “863 计划” 资助项目 2008AA030704 。 第一作者 孔丽娟， 女， 1981 年出生， 博士。 E － mail kongliJuan_888 163. com 收稿日期 2010 － 07 － 25 养护是混凝土施工和生产工艺中的一个重要环 节。近年来随着高性能混凝土的出现和推广使用， 普通混凝土的养护方法不可能完全适宜高性能混凝 土 ［ 1 － 5］。高性能混凝土由于采用较小的水灰比， 较 大的胶凝材料用量， 水化热高， 因此加强早期养护对 保证高性能混凝土强度增长和防止由于内外温差产 生裂缝十分重要 ［ 6 － 7］。同时高性能混凝土由于其致 密的水泥石结构使得后期外界水分的继续养护很难 供给内部未水化水泥的继续水化。近年来学术界和 工程界致力于解决高性能混凝土早期开裂问题的研 究主要侧重于早期自干燥和早期开裂方面的规律及 加强早期养护措施。然而关于采取陶粒蓄水， 利用 其吸水返水特性来提高混凝土内部相对湿度， 实现 内养护和外养护相结合的措施及其对混凝土性能的 影响规律的研究还， 不系统， 也未能实现工程应用。 为此， 本文研究了水灰比为 0. 32 和 0. 49 的不 掺陶粒的普通混凝土、 陶粒体积掺量 50 的混合骨 料混凝土以及陶粒体积掺量 100 的轻骨料混凝土 分别在标准养护、 水中养护以及室外湿养护条件下 的强度发展规律， 及其混凝土内部相对湿度变化规 律和影响关系。 1试验条件及试验方案 1. 1原材料 试验用哈尔滨水泥厂生产的天鹅牌 PO 42. 5 水泥。哈尔滨第三发电厂生产的Ⅰ级粉煤灰。哈尔 滨宾县生产的密度等级为 800 级， 颗粒粒径为 5 ～ 16 mm 连续级配的页岩陶粒， 其性能指标见表 1。 5 ～ 20 mm 连 续 级 配 的 石 灰 岩 碎 石，视 密 度 2 643 kg/m3。细度模数 2. 9、 含泥量 1. 05 、 体积 密 度 2 610 kg/m3、级 配 合 理 的 中 砂。 唐 山 产 UNF － 5高效减水剂和上海产 SJ － 2 型引气剂。各 种原材料性能指标均满足标准要求。 养护条件对不同陶粒掺量混凝土强度影响的研究 孔丽娟， 等33 1. 2配合比 水灰比为 0. 32 和 0. 49 混凝土编号分别为 D 系 列和 G 系列， 基准普通混凝土配合比见表 2， 调整减 水剂 的 掺 量， 控 制 混 凝 土 拌 合 物 坍 落 度 为 30 ～ 50 mm。 分别用不同比例 0， 50 ， 100 预湿24 h 的宾县普通型页岩陶粒取代相同体积的碎石作为不 同陶粒掺量混凝土的配合比。 表 1轻骨料性能指标 Table 1Properties of ceramsite 品种堆积密度 / kg m － 3 表观密度 / kg m－ 3 孔隙率 /筒压强度 /MPa1 h 吸水率 / 24 h 吸水率 / 宾县普通型8001 20045. 76. 45. 611. 0 表 2基准普通混凝土配合比 Table 2Mixed proportions of reference normal weight concrete W /C 水 / kg m － 3 水泥 / kg m － 3 砂子 / kg m － 3 碎石 / kg m － 3 粉煤灰 / kg m － 3 减水剂 / 0. 321604256501 061981. 40 0. 491602786871 154640. 45 1. 3养护条件 标准养护 将试件放入温度 20 2 ℃ ， 相对湿 度大于 95 的标准养护室内养护。 水中养护 将试件放入温度 20 2 ℃ 的水中 养护。 室外湿养护 模拟施工现场常用的方法， 将试件 放在两层草帘下洒水养护， 保持潮湿 14 d， 然后去掉 草帘置于自然环境中继续养护。试件养护期从 8 月 中旬至 9 月上旬， 日平均气温 24 ℃ 左右， 9 月中旬 至 10 月上旬， 日平均气温 20 ℃ 左右， 相 对 湿度 70 左右。 2试验结果及分析 对 6 组不同水灰比、 不同陶粒体积掺量的混凝 土分别研究其在标准养护， 水中养护， 室外湿养护条 件下的 7， 28， 56 d 抗压强度， 同时还对标准养护与 室外湿养护条件下试件内部相对湿度随龄期增长的 变化规律做了测定。水灰比为 0. 32 的普通混凝土、 混合骨料混凝土和轻骨料混凝土在标准养护、 水中 养护 和 室 外 养 护 的 试 件 标 记 分 别 为 DBP、 DBH、 DBQ; DSP、 DSH、 DSQ; DWP、 DWH、 DWQ。 2. 1试验结果 2. 1. 1强度 不同水灰比的普通混凝土、 混合骨料混凝土以 及轻骨料混凝土在三种不同养护条件下其抗压强度 随龄期的发展规律见图 1 － 图 3。 从图 1 中可以看出， 对于未掺加轻骨料的混凝 土， 不论在低水灰比还是高水灰比情况下， 早期 7 d 水中养护的试件强度均最高， 其次是标准养护， 室外养护的试件强度最低。不过在室外覆盖草帘浇 水养护的前 14 d 强度并不低于标准养护条件下的 a低水灰比; b高水灰比 1DBP; 2DSP; 3DWP; 4GBP; 5GSP; 6GWP 图 1普通混凝土在不同养护条件下的强度发展规律 Fig. 1Strength development law of normal weight concrete under different curing conditions a低水灰; b高水灰比 1DBH; 2DSH; 3DWH; 4GBH; 5GSH; 6GWH 图 2混合骨料混凝土在不同养护条件下的强度发展规律 Fig. 2Strength development law of combined aggregate concrete under different curing conditions 强度， 当去掉草帘暴露于自然条件下养护时， 对于水 灰比较低的高强混凝土 DWP 其强度增长变缓， 28 d 后几乎不再增长; 对于水灰比较高的普通混凝土 GWP 其 14 d 后 的 强 度 增 长 反 而 赶 超 了 GBP 和 GSP， 不过 28 d 龄期后其强度也几乎不再增长。 从图 2 中可以看出， 对于掺加了 50 体积轻骨 34工业建筑2010 年第 40 卷第 11 期 a低水灰比; b高水灰比 1DBQ; 2DSQ; 3DWQ; 4GBQ; 5GSQ; 6GWQ 图 3轻骨料混凝土在不同养护条件下的强度发展规律 Fig. 3Strength development law of lightweight aggregate concrete under different curing conditions 料的混合骨料混凝土， 不论在低水灰比还是高水灰 比情况下， 早期 7 d 室外养护的试件强度均较低， 水中养护的试件强度最高。此后标养与水养条件下 的试件强度保持近乎直线的趋势增长， 而室外养护 条件下的混凝土强度在 7 d ～ 28 d 时间内增长率却 均高于其它它两组试件。对于低水灰比混合骨料混 凝土， DWH 前 14 d 覆盖草帘浇水养护的强度已经 赶超 DBH 和 DSH， 28 d 龄期时明显高于 DBH 和 DSH， 此后强度增长率有所降低， 但 56 d 龄期时其 强度仍与 DSH 强度相当， 略高于 DBH; 对于高水灰 比混合骨料混凝土， 28 d 龄期前 GWH 强度增长率 较高， 不过 28 d 后强度增长幅度不如 GBH。 从图 3 中可以看出， 对于轻骨料混凝土， 标准养 护条件下的混凝土试件各个龄期时强度均高于水中 养护的试件。当在室外自然养护条件下， 低水灰比 的轻骨料混凝土 DWQ 前 28 d 强度发展与标准养护 条件下的试件 DBQ 相当， 不过 28 d 龄期后强度反 而有所降低; 高水灰比的轻骨料混凝土 GWQ 各个 龄期强度均高于其他两种养护条件下的试件强度。 2. 1. 2相对湿度 不同水灰比的普通混凝土、 混合骨料混凝土和 轻骨料混凝土在标准养护与室外自然养护条件下试 件内部相对湿度随龄期的变化规律见图 4。 从图 4 可以看出， 当混凝土水灰比较小时， 由于 混凝土内部可供水泥继续水化的可蒸发水含量少， 未水化的水泥颗粒多， 水泥继续水化使得毛细孔变 空， 孔隙中相对湿度下降较快， 所以图 4a 中的各组 混凝土内部相对湿度相对图 4b 中的各个龄期均较 低， 且下降坡度也较陡。并且随着混凝土中陶粒掺 量的增加， 其内部由于陶粒返水作用的增强相对湿 度也增长。对于低水灰比混凝土， 陶粒的这种自养 护作用在标准养护条件下后期更加明显， 在室外自 然养护条件早期更加有优势; 对于高水灰比混凝土， a低水灰比; b高水灰比 1DBP; 2DWP; 3DBH; 4DWH; 5DBQ; 6DWQ; 7GBP; 8GWP; 9GBH; 10GWH; 11GBQ; 12GWQ 图 4不同水灰比混凝土在不同养护条件下 的内部相对湿度变化 Fig. 4Change in internal relative humidity of concrete with different C /W ratio under different curing conditions 陶粒的自养护效应在室外养护条件下后期发挥地更 充分。 2. 2机理分析 各组混凝土随龄期的强度增长率以及不同龄期 范围内的湿度变化结果见表 3。 2. 2. 1标准养护条件 当水灰比较低时， 轻骨料混凝土的早期强度增 长率最高， 7 d 强度可达 28 d 时的 83 ， 这归根于轻 骨料与水泥石致密的界面结构， 使得界面区不再像 普通混凝土中的那样成为破坏的薄弱环节。陶粒不 同掺量配制的三组混凝土在 28 d 后的强度增长率 分别为 1. 10 、 1. 19 和 1. 12 ， 此时在这段龄期 内相对应的湿度范围为 87 ～ 71 、 90 ～ 80 和 90 ～ 81 。可见由于混凝土强度高， 水泥石结构 致密， 随龄期的增长外界养护水进入混凝土内部的 深度渐小。混凝土内由于水泥不断地水化， 促使内 部自干燥， 相对湿度降低明显， 而此时轻骨料的返水 作用使得掺加了轻骨料的混合骨料混凝土以及轻骨 料混凝土内部相对湿度高于普通混凝土， 这将有利 于后期水泥的继续水化， 从而带来强度的持续增长。 当水灰比较高时， 陶粒不同掺量配制的三组混 凝土 28 d 后的强度增长率分别为 1. 19 、 1. 24 和 1. 15 ， 均高于同陶粒掺量的低水灰比混凝土， 此时 养护条件对不同陶粒掺量混凝土强度影响的研究 孔丽娟， 等35 表 3各组混凝土强度增长与湿度变化结果 Table 3Increase in strength and change in internal relative humidity results of all sets of concretes 养护条件W /C编号陶粒掺量 / 强度增长率相对湿度范围 / 7 d/28 d56 d/28 d7 d ～ 28 d28 d ～ 56 d 标准养护条件0. 32DBP00. 771. 1098 ～ 8787 ～ 71 DBH500. 761. 1998 ～ 9090 ～ 80 DBQ1000. 831. 1298 ～ 9090 ～ 81 0. 49GBP00. 761. 19100 ～ 9292 ～ 79 GBH500. 861. 24100 ～ 9595 ～ 84 GBQ1000. 781. 15100 ～ 9797 ～ 86 室外自然养护条件0. 32DWP00. 781. 0091 ～ 7878 ～ 66 DWH500. 721. 0894 ～ 8282 ～ 67 DWQ1000. 771. 0098 ～ 8787 ～ 71 0. 49GWP00. 671. 00100 ～ 8484 ～ 69 GWH500. 781. 15100 ～ 8787 ～ 74 GWQ1000. 851. 13100 ～ 9090 ～ 77 在这段龄期内相对应的湿度范围为 92 ～ 79 、 95 ～ 84 和 97 ～ 86 。可见当水灰比较高时， 其内部有充足的水分供给水泥水化， 此时普通混凝 土的强度增长率也较大， 而轻骨料的自养护作用在 较高水灰比和标准养护条件下对于轻骨料混凝土强 度的发展并没有明显的优势。 2. 2. 2室外自然养护条件 对于普通混凝土， 当水灰比不高于 0. 49 时， 其 28 d 后的强度几乎不再增长， 此时相对应的混凝土 内部相对湿度均小于 80 左右， 水泥水化非常缓慢 甚至终止。 对于混合骨料混凝土， 在 28 d 龄期以后其内部 相对湿度在一段时间内还保持在 80 左右， 56 d 相 对 28 d 的强度增长率在水灰比为 0. 32 和 0. 49 时 分别达到 8 和 15 。轻骨料在混凝土内部的返水 作用在室外这种高温、 干燥的环境中得到了一定的 发挥。 对于轻骨料混凝土， 当水灰比较低时， 早期强度 增长率较高， 但 28 d 后强度几乎没有增长。可见随 着龄期的增长， 水泥石强度的提高， 当达到轻骨料的 合理强度时， 其强度的进一步提高对混凝土强度增 长并无太大作用， 这时混凝土的强度主要是受轻骨 料自身强度的控制。当水灰比较高时， 再加上轻骨 料后期的返水作用使得混凝土内部一直处于比较高 的相对湿度环境， 56 d 龄期时相对湿度仍保持在 77 ， 内部水泥的充分水化保证了强度的持续增长。 值得注意的是， 混合骨料混凝土在不同养护环 境以及不同水灰比配制条件下， 其 28 d 后均保持着 较高的强度增长率， 这一方面是由于混合骨料混凝 土中部分预湿轻骨料的掺入使得内部水泥水化环境 得到改善， 从而促进了后期强度的持续增长; 另一方 面混凝土中部分普通骨料的存在又减少了后期由于 轻骨料较低的颗粒强度所带来破坏的薄弱环节， 在 一定程度上缓解了轻骨料后期对混凝土强度发展的 限制作用。两方面的综合作用使得混合骨料混凝土 后期强度始终能保持较高的增长趋势。 2. 2. 3水中养护条件 从图 1 － 图 3 中可以看出， 随着轻骨料掺量的 增加， 水中养护对于混凝土强度增长的贡献逐渐降 低。水中养护， 确保了养护需水， 减少了蒸发， 并且 补充了混凝土内一定深度的水化用水。但水中温度 略低于室内标准养护条件下和室外自然条件下的温 度。同时水中与养护室中养护的混凝土内部相对湿 度要高于室外自然养护条件下的混凝土内部相对湿 度， 所以室外养护的混凝土内部温度要略高于其他 两种养护条件下的混凝土， 使得水泥水化进程加快。 另一方面， 在测量试件的强度值时， 室外养护条件下 的混凝土试件内部含水率也较低， 所以测得的 28 d 强度值要高于标养与水养的试件， 并且 28 d 龄期以 前强度增长也较快。 3结语 1 标准养护条件下， 掺加了陶粒的混凝土由于 致密的界面结构使得早期强度增长率较高， 而后期 陶粒的返水作用对于强度增长的贡献在低水灰比混 凝土中则表现的更显著。 2 室外自然养护条件下， 未掺陶粒的普通混凝 土由于后期内部相对湿度的降低和早期外界较高的 养护温度带来的急剧水化所造成的内部缺陷使得 28 d 后强度几乎不再增长。 3 在水中养护条件下， 随着轻骨料掺量的增 下转第 42 页 42工业建筑2010 年第 40 卷第 11 期 窗， 保温效果不理想， 保温隔热性能较好的是双层中 空玻璃的塑钢窗。试验表明， 当两层玻璃间距为 6 mm时， 玻璃间的空气恰好不能流动， 热量损失最 小。 同时还应注意， 草砖房的建设中， 窗台板下面应 该铺一层油毡， 油毡应覆盖草砖整个上表面并向外 墙面下挂至少 100 mm， 且油毡应用铁丝网固定; 窗 台板靠室外部分要向外倾斜一定的角度， 并且要伸 出外墙面至少 50 mm; 窗台板下要加滴水线。 3. 3屋顶和地面 草砖房建设中建议选用挑檐较大的坡屋顶， 且 挑檐伸出外墙至少 500 mm。这样， 不仅能够防止雨 水对草砖外墙的破坏， 而且屋架上面的屋面层和屋 架下面的吊顶层之间的空间， 有利于房间的保温。 保温材料层一般设于吊顶层中， 保温材料应选择膨 胀珍珠岩、 锯末、 草泥等导热系数小的材料。 针对草砖房的地面设计， 从保温上考虑， 一方面 保持传统， 仍在地面下铺设碎砖、 炉渣等一些保温 层， 另一方面需在外墙内侧 0. 5 ～ 1. 0 m 范围内设置 200 mm 厚干炉渣， 以减少室内热量的传递 ［ 7］。从 防水性能上讲， 基础顶面至少要比室外地面高 200 mm; 基础和草砖墙之间应设防水层; 室外应设散水， 以便及时排掉地表积水。 4存在的问题 目前， 草砖房的建设尚处于起步和探索阶段， 建 设经验还很不成熟， 而目前我国从事草砖建筑的研 究人员数目明显低于市场对该类人员的需求， 研究 人员必须尽快解决各种应用中的技术问题， 编制出 各类应用图集， 制订一套行之有效的国家标准规范。 另外， 草砖作为一种新型的绿色建材推广力度 不够， 人们对其认识不足， 兼受传统观念影响， 草砖 没有得到社会的广泛认同和接纳。并且， 国家对参 与研发或使用草砖的企业和部门没有给与足够的优 惠政策，使草砖的实际市场吸引力远低于同类产 品。 5总结 草砖房建设充分利用废弃的稻草和麦秸， 减少 了群众焚烧秸杆对大气的污染， 同时可以给农民带 来可观的经济收入， 改善农民的生活条件和居住环 境。更重要的是通过草砖房建设， 让人们回归原始、 回归自然。让自然、 环保和可持续发展的理念深入 人心， 逐渐改变人们的生活方式和生产方式。 综上所述， 草砖建筑是集社会、 经济和环境效益 于一体的高效节能建筑， 虽然草砖建筑还有待进一 步研究， 但是可以肯定草砖建筑在豫北地区有着良 好的应用前景。应该动员社会共同努力， 加快草砖 建筑的引进与推广， 尽快发展高效节能的农村住宅， 建设社会主义新农村， 实现全面小康。 参考文献 ［ 1］ GB 5017693民用建筑热工设计规范［S］ . ［ 2］ 何梅. 独立式住宅围护结构的热工设计［J］ . 西安建筑科技大 学学报， 2002， 9 3 1 － 3. ［ 3］ 崔瑞臣， 张舒， 彭岩. 草砖房建设在我国东北地区的应用［J］ . 小城镇建设， 2001 12 90. ［ 4］ 刘伯权， 田苗， 刘鸣. 草砖建筑的节能性分析及其在西北地区 的应用前景［J］ . 工业建筑， 2007， 37 3 17 － 19. ［ 5］ 王婧， 张旭. 草砖住宅的建筑节能性分析［J］ . 建筑材料学报， 2005， 8 1 109 － 112. ［ 6］ Kelly Lerner，Paul Lacinski. 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