养护方式对白色高强混凝土强度影响研究

作者：admin 2025-05-04 浏览：49 次

—中国建筑业协会混凝土分会会刊—

养护方式对白色高强混凝土强度影响研究

赵聪明1,4,孙军1,夏京亮2,3，关青锋2,3，周永祥2,3

1.中国路桥工程有限责任公司，北京,100011；

2.中国建筑科学研究院有限公司，北京，100013；

3.国家建筑工程技术研究中心，北京，100013

4.中交路桥建设有限公司海外分公司，北京，100027

摘要：采用标准养护、蒸汽养护和匹配养护三种不同的养护方式，研究了白色高强混凝土在不同养护方式下强度的发展规律，结果表明：蒸汽养护和温度匹配养护可以显著提高白色混凝土早期强度，白水泥复合胶凝材料体系配制的混凝土在蒸汽养护和温度匹配养护条件下后期强度超过纯白水泥混凝土，蒸汽养护和温度匹配养护条件对纯白水泥混凝土后期强度发展不利，但是可以促进白水泥复合胶凝材料体系混凝土后期强度发展。白水泥-磨细矿渣粉复合胶凝材料体系配制的混凝土在蒸汽养护和温度匹配养护条件下抗压强度高，后期增长明显，其在大体积混凝土中和预制构件中应用效果较好。

关键词：白色混凝土；白色高强混凝土；白色硅酸盐水泥；蒸汽养护；匹配养护；绝热温升

中图分类号：文献标识码：A文章编号：

Studyontheinfluenceofcuringmethodonthestrengthofwhitehighstrengthconcrete

ZHAOCongming,SUNJun,XIAJingliang,GUANQingfeng,ZHOUYongxiang

1ChinaRoadandBridgeCo.,Beijing100011,China;

2.ChinaAcademyofBuildingResearch,Beijing100013,China;

3.NationalConstructionEngineeringTechnologyResearchCenter,Beijing100013,China

4.RoadBridgeInternationalCo,Beijing,100027,China

Abstract:Threedifferentcuringmethods,standardcuring,steamcuringandmatchingcuring,wereusedtostudythedevelopmentlawostemcanbecuredundersteamcuringandtemperaturematchingcuringconditionsThelaterstrengttothelaterstrengthdevelopmentofpurewhitecementconcrete,buttheycanpromotethelaterstrengthdeve,thecompressivestrengthoftheconcretepreparedbythewhitecementgroundslagcompositecementitiousmaterialsystemishigh,andthegrowthisobviousinthelaterstage,whichhasagoodeffectintheapplicationofmassconcreteandprefabricatedcomponents.

Keywords:Whiteconcrete;whitehighstrengthconcrete;whiteportlandcement;steamcuring;matchingcuring;adiabatictemperaturerise

0引言

科科迪大桥位于科特迪瓦阿比让市Cocody湾，主线总长约1.63km，包含一座全长630米，主跨200米的钢槽梁单塔斜拉桥；主引桥为预应力简直T梁桥，全长258.15；主线路基长710m；B匝道含4条支线，其中B5匝道为预应力混凝土梁桥，全长147.5米；还有A和C匝道；匝道路基线路共长3.7km。主跨斜拉桥塔高108.6m，混凝土用量约3.2万m3，根据科科迪桥专用技术条款要求：索塔需采用初步设计单位（ARCADIS）所选择的白色混凝土，见图1。该工程处于西非中心科特迪瓦，更是位于科特迪瓦首都和经济中心阿比让市，影响力大，属于地标性工程，不仅实体质量要求高，对外观质量要求更高，旨在打造成艺术品的景观桥，因此白色混凝土质量对于工程质量起到决定性的作用。

图1科特迪瓦科科迪大桥

白色混凝土是采用白色硅酸盐水泥、白色矿物掺合料、浅色骨料和不染色的外加剂配制而成的混凝土[1-3]。本项目中白色混凝土为C60高强混凝土，用于主塔大体积混凝土及部分预制构件生产，预制构件拟采用蒸汽养护，然而高强大体积混凝土内部温度往往能够达到70℃以上，这种高温的内部环境和蒸汽养护条件对水泥、矿物掺合料的水化进程能够产生较大的影响。谭克峰等人[4]研究发现高温养护条件的混凝土长期强度有所降低，通过掺入硅灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料可以在一定程度上缓解这种现象。Wang等人[5]试验认为混凝土内部高温环境可以提高矿物掺合料的早期水化活性，改善高强混凝土的孔结构。耿健等人[6]则认为尽管蒸汽养护能够促进水泥熟料，特别是活性矿物掺合料的水化反应，提高早期强度，但是对于后期强度发展不利。

可见，高强大体积混凝土内部高温和蒸汽养护对于混凝土性能的影响规律研究结论不一致，并且关于白色高强混凝土相关的报道不多。为此文章将采用标准养护、蒸汽养护和匹配养护三种不同的养护方式，研究白色高强混凝土在不同养护方式下强度的发展规律，为科科迪大桥白色高强混凝土应用提供技术支持，同时推进白色混凝土技术发展。

1试验

1.1原材料

（1）白色硅酸盐水泥，突尼斯白水泥厂生产，CEMⅠ52.5，白度91，初凝时间172min，终凝时间270min，比表面积410m2/kg，3d、28d抗压强度分别为36.5MPa、61.8MPa，密度3.08g/cm3。

（2）普通水泥，冀东52.5普通硅酸盐水泥，初凝时间235min，终凝时间310min，比表面积385m2/kg，3d、28d抗压强度分别为31.5MPa、62.3MPa，密度2.99g/cm3。

（3）矿粉，日本进口白色矿粉，白度87，密度2.81g/cm3，比表面积405m2/kg，7d、28d活性指数分别为83%、102%，流动度比98.3%。

（4）石灰石粉，欧米亚白色重质碳酸钙粉，白度90，碳酸钙含量97.8%，细度800目，7d、28d活性指数分别为70%、71%，流动度比为84%，MB值为0.25。

（5）砂，科特迪瓦当地河砂，细度模数2.5。

（6）碎石，项目部自产5-25碎石，岩性为片麻岩，颜色较浅。

（7）减水剂，西卡聚羧酸高性能减水剂，含固量21.3%，减水率27.5%。

1.2试验方法

按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002测试混凝土抗压强度，试件尺寸为150mm×150mm×150mm。

混凝土绝热温升操作采用中国建筑科学研究院研究院ATC/JR型混凝土绝热温升测试仪实现。

图1绝热温升试验设备和试验过程

1.3试验混凝土配合比

试验混凝土配合比见表1，胶凝材料体系设置纯白色硅酸盐水泥、70%白色硅酸盐水泥+30%矿粉、70%白色硅酸盐水泥+15%矿粉+15%石灰石粉、70%普通硅酸盐水泥+30%矿粉，试验过程严格控制混凝土温度，使混凝土进入绝热温升测试桶温度在17℃左右。

1.4养护方式

（1）标准养护（编号为B）：混凝土试件成型、收面然后覆盖塑料薄膜防止失水，在20±1℃室内静置24h后拆模，放入标准养护室内养护到试验龄期。

（2）蒸汽养护（编号为Z）：混凝土试件成型、收面然后覆盖塑料薄膜防止失水，然后按照表2的蒸汽养护制度养护混凝土，蒸汽养护后，移入标准养护室内继续养护至试验龄期，以模拟预制构件生产养护条件。

（3）温度匹配养护（编号为P）：混凝土试件成型、收面然后覆盖塑料薄膜防止失水，连模具一起放入养护箱中养护，养护箱温度根据试验混凝土绝热温升调整，匹配养护之后移入标准养护室内继续养护至试验龄期，以模拟大体积混凝土内部条件。

2试验结果与分析

2.1不同胶凝材料体系混凝土绝热温升

不同胶凝材料体系白色高强混凝土绝热温升试验结果见表3和图2。可以看出，达到最大绝热温升速率对应的时间由早到晚依次为纯白水泥、白水泥-磨细矿渣粉、白水泥-磨细矿渣粉-石灰石粉、普通水泥-磨细矿渣粉，这反映出不同胶凝材料体系水化速度的快慢，纯白水泥混凝土水化速度最快，其次是白水泥-磨细矿渣粉体系混凝土，然后是白水泥-磨细矿渣粉-石灰石粉体系混凝土，普通水泥-磨细矿渣粉体系混凝土最慢。说明对于白水泥混凝土，掺加磨细矿渣粉可以推迟最大绝热温升速率出现时间，复掺磨细矿渣粉和石灰石粉可以进一步推迟，对比白水泥-磨细矿渣粉体系混凝土和普通水泥-磨细矿渣粉体系混凝土可知，白水泥混凝土水化速率比普通水泥快得多。

对比纯白水泥、白水泥-磨细矿渣粉、白水泥-磨细矿渣粉-石灰石粉三种胶凝材料体系混凝土绝热温升可知，三种胶凝材料体系混凝土早期绝热温升温度上升均较快，40h之后温度逐渐趋于稳定；白水泥-磨细矿渣粉、白水泥-磨细矿渣粉-石灰石粉两种体系混凝土绝热温升均比纯白水泥体系低，白水泥-磨细矿渣粉-石灰石粉体系绝热温升最低，纯白水泥体系混凝土1d、3d、7d绝热温升温度分别为63.68℃、69.25℃、72.45℃，白水泥-磨细矿渣粉体系混凝土1d、3d、7d绝热温升温度分别为59.02℃、65.81℃、68.31℃，相比白水泥体系分布降低了7.3%、5.0%、5.7%，白水泥-磨细矿渣粉-石灰石粉体系混凝土1d、3d、7d绝热温升温度分别为45.47℃、54.98℃、58.83℃，相比白水泥体系分布降低了28.6%、20.6%、18.8%。这主要是由于磨细矿渣粉水化早期活性较低，而石灰石粉为惰性粉体，掺入白水泥中使得参与水化的水泥量减少，降低了水化速度和水化放热量。

由白水泥-磨细矿渣粉和普通水泥-磨细矿渣粉体系混凝土绝热温升试验结果可知，两种体系混凝土配合比一样，只有采用的水泥不同，普通水泥混凝土早期水化温升较慢，但是最终绝热温升温度与白水泥混凝土相差不多。普通水泥混凝土12h、24h、168h绝热温升温度分别为29.03℃、53.71℃、68.19℃，相比于白水泥混凝土12h、24h、168h绝热温升温度45.52℃、59.02℃、68.31℃，分别降低了36.2%、9.0%、0.18%。出现上述规律的原因是：白水泥水化速度较快，这一点从凝结时间也可以看出，白水泥初凝时间为172min，普通水泥初凝时间为235min，快了63min，但是两种水泥最终的水化放热相差不多，使得水泥用量一样的两种混凝土最终绝热温升基本一致。

图2不同胶凝材料体系混凝土绝热温升

2.2养护方式对白色混凝土强度的影响

不同胶凝材料体系混凝土在标准养护、蒸汽养护和温度匹配养护条件下不同龄期的抗压强度见表4、图3、图4和图5。

2.2.1标准养护

从图3的试验结果可以看出，标准养护条件下，掺加30%矿物掺合料的白水泥-磨细矿渣粉和白水泥-磨细矿渣粉-石灰石粉复合胶凝材料体系混凝土WC-2-B、WC-3-B3d龄期抗压强度分别比使用纯白水泥配制的混凝土WC-1-B低32.4%和38.9%，这是因为3d龄期时磨细矿渣粉还没有发挥出活性作用，只有物理填充作用，石灰石粉为惰性粉体，也有只物理填充作用。7d龄期时分别比WC-1-B低4.9%和8.6%，56d龄期时分别比WC-1-B低4.7%和7.2%，降低的百分数明显较3d龄期时小得多，尤其是56d龄期时，已经与纯白水泥体系混凝土抗压强度接近了，这是由于这是由于磨细矿渣粉随着水化龄期的增长逐渐开始参与水化反应，对混凝土的抗压强度发展做出了贡献[7]，另外由于试验采用的石灰石粉是重质碳酸钙粉，碳酸钙含量高，细度细，石灰石粉颗粒分散在水泥颗粒中，在水泥水化过程中具有晶核作用和匀化效应，尤其是细度很细的微粒，能够诱导水泥水化物析晶，促进水泥矿物C3S和C3A水化，石粉颗粒在水泥浆体中的均匀分布，可以增加有效结晶产物含量从而提高浆体强度；另外，石灰石粉中的CaCO3可以参与水泥矿物C3A的水化反应，生成水化碳铝酸钙，并且阻止AFt向AFm转化[8]。

由白水泥-磨细矿渣粉WC-2-B和普通水泥-磨细矿渣粉体系混凝土PC-B标准养护条件下抗压强度试验结果可知，两种体系混凝土配合比一样，只有采用的水泥种类不同，WC-2-B3d龄期抗压强度比PC-B高13.1%，而在7d、28d和56d龄期时WC-2-B抗压强度均比PC-B略低，主要原因是，虽然白水泥早期水化速度较快，但是后期水化速度和普通水泥趋于一致，最终水化产物数量和强度均相差不多。

图3不同胶凝材料体系混凝土标养强度

2.2.2蒸汽养护

从图4的试验结果可以看出，蒸汽养护条件下，四组不同胶凝材料体系混凝土早期抗压强度均大幅度提高，3d龄期时四组混凝土WC-1-Z、WC-2-Z、WC-3-Z、PC-Z抗压强度分别比标养条件下提高了30.6%、102.8%、116.6%和137.1%，其中采用复合胶凝材料体系的三组混凝土3d抗压强度均比纯水泥体系混凝土高，随着龄期的增长蒸汽养护条件下四组混凝土抗压强度增长幅度较小，到了56d龄期，WC-1-Z、WC-2-Z、WC-3-Z、PC-Z抗压强度相比于3d龄期分别增长了17.8%、20.6%、19.2%和15.3%，与标准养护条件下相比，纯水泥体系混凝土56d龄期抗压强度甚至低了8.7%，其他复合胶凝材料体系混凝土也与标准养护条件下混凝土抗压强度接近，说明蒸汽养护虽然使得混凝土早期抗压强度增长迅速，但是强度增长较小。可能的原因是，尽管蒸汽养护条件下可以促进水泥熟料，特别是活性矿物掺合料（试验中采用的磨细矿渣粉）的水化反应，从而形成更多水化产物凝胶，由于水化产物凝胶具有大量的微小凝胶孔，使得硬化水泥浆体内部孔结构不断细化，并且浆体总孔隙率增加，但是由于水化产物C-S-H凝胶具有较强的吸附作用，其表面及孔壁会吸附大量的凝胶水，蒸汽养护过程中的高温养护增加了水由液体向气体转变的趋势，另外使得气泡之间的压差逐渐增大，产生的膨胀压力可以作用在凝胶孔隙和孔内壁，破坏硬化水泥浆体内部的孔结构。另外，蒸汽养护可以降低水的表面能，使得粘性下降，流动性增加，水在水泥硬化浆体内部的汽化和转移更加容易，在混凝土内部更加容易形成连通性孔隙，从而对于混凝土后期强度不利[6,9]。该作用机理对于白水泥体系混凝土同样适用，因此WC-1-Z后期强度增长缓慢。

图4不同胶凝材料体系混凝土蒸汽养护强度

2.2.3匹配养护

从图4的试验结果可以看出，温度匹配养护条件下，四组不同胶凝材料体系混凝土早期抗压强度增长均较快，3d龄期时四组混凝土WC-1-P、WC-2-P、WC-3-P、PC-P抗压强度分别比标养条件下提高了30.6%、102.9%、73.5%和137.1%，白水泥-磨细矿渣粉体系混凝土和普通水泥-磨细矿渣粉体系混凝土强度均大于纯白水泥体系混凝土，白水泥-磨细矿渣粉-石灰石粉体系混凝土强度最低，这主要是由于水泥混凝土在水泥水化程度较低时，其水化程度近似与养护温度和时间成正比，白水泥-磨细矿渣粉-石灰石粉体系早期绝热温升最低，造成温度匹配养护条件下早期抗压强度最低。随着龄期的增长，三组复合胶凝材料体系的混凝土抗压强度均有较好的增长幅度，纯白水泥体系混凝土增长幅度较低，这是由于温度匹配养护对于复合胶凝材料体系混凝土具有明显的促进作用，而对于纯白水泥体系混凝土与蒸汽养护类似，虽然提高了早期强度，但是对于长期强度增长不利。

图5不同胶凝材料体系混凝土匹配养护强度

总体而言，纯白水泥配制的混凝土在标准养护条件下长期强度最高，而在蒸汽养护和温度匹配养护条件下最低，而白水泥-磨细矿渣粉复合胶凝材料体系配制的混凝土在蒸汽养护和温度匹配养护条件下早期强度较高，长期强度最高，说明从强度角度说，白水泥-磨细矿渣粉复合胶凝材料体系混凝土在大体积混凝土中和预制构件中应用效果较好。

3结论

（1）白水泥混凝土水化速率比普通水泥快得多，白水泥混凝土早期绝热温升较快，但是最终绝热温升温度与普通水泥混凝土相差不大；对于白水泥混凝土，掺加磨细矿渣粉可以推迟最大绝热温升速率出现时间，复掺磨细矿渣粉和石灰石粉推迟效果更加明显。

（2）蒸汽养护和温度匹配养护可以显著提高白色混凝土早期强度，白水泥复合胶凝材料体系配制的混凝土在蒸汽养护和温度匹配养护条件下后期强度超过纯白水泥混凝土，蒸汽养护和温度匹配养护条件对纯白水泥混凝土后期强度发展不利，但是可以促进白水泥复合胶凝材料体系混凝土后期强度发展。

（3）白水泥-磨细矿渣粉复合胶凝材料体系配制的混凝土在蒸汽养护和温度匹配养护条件下抗压强度高，后期增长明显，其在大体积混凝土中和预制构件中应用效果较好。

参考文献

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