[摘　要] 　本文通過對GB50204-2000《混凝土結構工程施工質量與驗收規范》中附錄D《結構實體檢驗用同條件養護混凝土試件的強度檢驗》的分析,結合相關理論,在闡述同條件養護理論基礎上,討論它與標準條件養護、混凝土結構實體強度的差別及原因。

[關鍵詞] 　同條件養護; 　標準養護; 　齡期; 　成熟度

1 　前言

    為了客觀地反映施工過程中混凝土強度的真實情況,在GB50202-2000《混凝土結構工程施工質量與驗收規范》中規定了結構實體檢驗用同條件養護混凝土試件的強度檢驗。所謂同條件養護試件是在混凝土澆筑對應的結構構件或結構部位由監理、施工等各方商定,制備至少3 組以上混凝土試件,拆模后置于靠近相應結構構件或結構部位的適當位置并采取與相應結構構件或結構部位相同的養護方法,在等同條件自然養護到一定等效養護齡期(與標準養護條件下28天齡期試件強度相等的原則) 進行強度試驗。此強度值反映了相應結構構件或結構部位的真實混凝土強度。本文在闡述同條件養護理論基礎上,討論它與標準條件養護、混凝土結構實體強度的差別及原因。

2 　同條件養護的理論基礎

    對于某一特定的混凝土,由于其配合比已定,故其強度的發展主要取決于水泥水化程度,即取決于養護溫度、濕度以及養護齡期。對于濕度已定的環境,可以認為主要取決于養護溫度和齡期。國外學者認為,一定條件下,混凝土強度可用混凝土成熟度來評價。成熟度可表示為養護時間與溫度的函數,其表達式為:

M = Σai×T (1)

式中　M ———混凝土成熟度, ℃·d ;

ai ———混凝土養護時間,d 或h ,國內習慣上用d ;

T ———混凝土養護溫度, ℃。

    在濕度相同的條件下,對于同一配合比的混凝土,理論上相同的成熟度對應相同的強度。對于試驗室中標準養護的混凝土,由于養護溫度為(20±2) ℃,養護時間為28d ,故其成熟度應為(560±56) ℃·d ,或504 ℃·d～616 ℃·d。

3 　同條件養護混凝土的適用范圍

    按GB50204 - 2000《混凝土結構工程施工質量與驗收規范》中附錄D 結構實體檢驗用同條件養護試件強度檢驗的規定,同條件養護等效齡期可按日平均溫度逐日累計到600 ℃時所對應的齡期,0℃及以下的齡期不計入;等效養護齡期不應少于14 天,也不應大于60天( 其相應的日平均溫度分別為42.9 ℃和10 ℃———筆者注) 。若按等效齡期為600 ℃計,相當于在21.43 ℃溫度中養護28天。0 ℃及以下的齡期不計入,主要考慮到0 ℃及0 ℃以下水泥水化基本停止。

    等效養護齡期不應少于14 天意味著養護日平均溫度不高于42.9 ℃,而不應大于60天意味著養護的日平均溫度不低于10℃。

4 　同條件養護與標準條件養護混凝土試件強度的關系

    4.1 　GB50204 - 2000《混凝土結構工程施工質量與驗收規范》中附錄D 中規定:“同條件養護試件的強度代表值應根據強度試驗結果按現行國家標準《混凝土強度檢驗評定標準》GBJ 107的規定確定后,乘折算系數取用;宜取為1110 ,也可根據當地的試驗統計結果作適當的調整。”對于折算系數1.10 ,主要考慮自然養護條件的相對濕度較低,結構強度約相當于標準養護試件強度的90%。混凝土標準養護條件是溫度為(20±2) ℃,相對濕度≥95% ,但在自然條件下,這種濕度很難達到,即使在潮濕的南方,相對濕度達到95%的日子也不多見,不用說干燥的秋冬季,也更不用說天氣干燥的北方了。眾所周知,只有在飽水狀態下,水泥的水化速度才是最大的,養護的相對濕度越低則混凝土強度越低。圖1 為養護條件對混凝土強度的影響。

    從圖可見,若以完全潮濕養護28天強度為100%系列4) ,那么7天潮濕養護后空氣中養護(系列3) 和3天潮濕養護后空氣中養護(系列2)以及完全空氣中養護(系列1) 的混凝土強度分別為92%、83%和55%(該圖未具體說明空氣養護的溫度和相對濕度- 筆者注) 。工地現場混凝土結構一般不可能28天潮濕養護,即使采用潮濕養護(澆水、蓄水,混凝土表面濕砂、鋸沫、麻袋、土工布或塑料薄膜覆蓋等) ,其養護周期一般只有7 天左右,與標準養護相比,時間仍較短且潮濕養護的連續性也難于保證,而其余21 天多在大氣中自然養護。嚴格地說,同條件養護混凝土的強度應區別相對濕度不同的地區、同一地區相對濕度不同的季節,對應不同的折算系數,因此應通過科學研究,找出不同地區、不同季節同條件養護試件強度與標準養護混凝土強度的關系,對折算系數予以修正。

    4.2 　現有的研究資料表明,在相同成熟度的情況下,不同養護溫度的混凝土試件強度也不盡相同。圖2為不同養護溫度對混凝土強度的影響。從圖可見,在相同成熟度的情況下,低溫養護(30u) 混凝土強度高于高溫養護(70u和110u) 的混凝土強度。Verbeck和Helmuth認為,在溫度比較高的情況下,初始水化速率快,已離開水泥顆粒的水化產物還來不及擴散,也沒有足夠的時間使其在內部均勻沉淀。因此水化產物在水泥顆粒周圍聚集,減慢了以后的水化速率。另外,水化產物只填充水泥顆粒表面,大部分空隙仍保持原來的狀態而留下較多的孔隙,即水泥漿體結構的膠空比小,水泥漿體結構不均勻。相反,養護溫度低雖然水化慢,但水化產物有充分時間擴散到遠處的毛細空隙,使水泥漿體結構均勻致密,后期水化也不受影響,因此形成均勻的水化產物結構,強度更高。

    4.3 　水泥的組成(包括顆粒粒級分布、礦物組份) 、混合材種類(包括品種、粒級分布、活性) 和摻量,外加劑的引入等對同條件養護混凝土試件的強度也有一定程度的影響,可惜未見相關的報導。根據水泥化學原理,摻混合材的水泥或混合材作為獨立組份加入混凝土,只有在充分水份條件(潮濕環境) 下才能發揮其強度,而如前所述同條件養護的濕度條件遠比標準養護差,因此理論上其同條件養護試件強度應低于硅酸鹽水泥或不摻混合材混凝土,其折算系數應大些;需要說明的是, 如對于相同的養護條件(如完全潮濕環境) ,較高的養護溫度又能促進混合材的二次水化反應。筆者曾對一定條件下不同養護溫度、成熟度與強度關系作了一些試驗性探索,數據表明由于上述混凝土組份變化的原因(水泥、混凝土技術發展必然會出現的多元性) ,某些因素更成為主導因素,各因素的作用疊加而影響成熟度與強度的關系,這里不再詳述。

5 　同條件養護混凝土試件與相應部位結構混凝土的關系

    比較同條件養護混凝土試件與結構實體的混凝土,雖然配合比、攪拌工藝和養護溫度(不考慮水化熱引起的溫升) 相同,但在混凝土的澆筑、搗實成型乃至養護方面(雖然規范要求采取相同的養護方法,但這里主要指其所能達到的養護效果) 還存在較大差別,因而兩者的強度也存在一定差異。對同條件養護混凝土試件, 按標準規定的制作方法(GB/T50081-2002) ,在相對很小的試模體積內完全能充分均勻與密實。但對結構實體的混凝土則不僅如此。對板塊結構,如樓面,在垂直方向厚度小,一般100mm左右,澆搗方便,更易形成均勻密實的混凝土,而且硬化后的混凝土養護方便(澆水、覆蓋或蓄水等) ,因此與同條件試件的養護條件相近,故結構實體混凝土強度應與同條件養護混凝土試件強度相近。而對于豎向結構構件,如柱、剪力墻等,由于垂直方向長而水平截面小,配筋率相對較高,混凝土澆筑中拌合物在垂直方向自由落體以及與模板、鋼筋碰撞難免會導致離析,同時振搗較為困難,易發生漏振或過振,對于需分層澆筑的,在結合面也易造成離析分層,造成結構總體上均勻性比同條件養護試件差;從養護看,側面養護條件明顯不及樓面和同條件養護混凝土試件,所以,總體上豎向結構構件實體強度可能比同條件養護混凝土試件強度偏低。值得關注的是,水泥的水化熱對大體積混凝土強度的影響,水泥的水化熱會使混凝土內部溫度遠遠高于大氣溫度,例如2.5m厚的硅酸鹽水泥混凝土內部溫升高達40℃,而摻30%粉煤灰后的溫升也可達30℃,即大體積混凝土內的養護溫度比同條件養護混凝土試件高30℃。在相同的齡期,大體積混凝土的成熟度要比同條件養護的大,其強度自然會比同條件養護試件高,對于摻礦物摻合料的大體積混凝土更是如此(原因如前4.3 所述) ,故在同一等效養護齡期,大體積混凝土(特別是摻礦物摻合料) 結構實體強度要高于同條件養護試件的強度。

6 　結語

    6.1 　同條件養護試件的強度基本上反映了結構實體相應部位的強度,但與標準養護條件的試件強度有一定差異,也不完全等同于結構實體混凝土的強度。

    6.2 　同條件養護試件的強度與標準養護條件的試件強度的差異主要在于養護濕度不同的緣故。

    6.3 　同條件養護試件的強度與結構實體混凝土強度的差異主要因拌合物的澆筑、搗實和養護條件不盡相同所致。

    6.4 　大體積混凝土(特別是摻礦物摻合料) 中,由于水化熱導致混凝土內部養護溫度升高,結構實體強度可能高于同條件養護試件的強度。