蒸養(yǎng)混凝土背景

混凝土性能主要由混凝土組分、混凝土配制和混凝土養(yǎng)護等因素決定。在原材料、配合比和施工工藝一定的情況下，混凝土的養(yǎng)護，特別是早期的養(yǎng)護方式、養(yǎng)護溫度、養(yǎng)護濕度、養(yǎng)護時間等的控制，對混凝土水化硬化程度、強度發(fā)展、耐久性等均有著重要影響。

養(yǎng)護溫度對混凝土的早期性能的發(fā)展速度有很大的影響。一般來說，養(yǎng)護溫度越高，強度發(fā)展越快。研究表明當溫度低于某一限值時，水泥水化反應將不再進行，混凝土強度停止發(fā)展，這個溫度在－ 10 ℃左右。實際上，在溫度低于0 ℃的情況下，混凝土中的水分己經(jīng)開始結冰，這將導致混凝土的冰凍損傷。同時早期的混凝土所處的環(huán)境沒有保持充分的濕度，可能造成混凝土中水分大量蒸發(fā)，其后果: 一方面因干燥失水而影響水泥繼續(xù)水化; 另一方面混凝土干燥收縮加大，使混凝土在低強度狀態(tài)下承受收縮引起的拉應力，導致混凝土出現(xiàn)早期裂縫。因此在這種晝夜溫差大、低溫在零度以下地區(qū)，更多去選擇蒸汽養(yǎng)護保證混凝土在前期養(yǎng)護過程中對于溫度和濕度的要求，從而才能保證其強度及各項性能。

冬季低溫環(huán)境下的混凝土養(yǎng)護，北方嚴寒地區(qū)一般采用燃煤蒸汽養(yǎng)護，南方濕冷地區(qū)一般采用常壓燒水供熱，小型煤爐蓄熱等方式，隨著霧霾的日益加重，全社會對PM2．5的高度關注，北方常用的燃煤蒸汽養(yǎng)護以及南方常采用的小型煤爐蓄熱養(yǎng)護的方式均會產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有害氣體以及PM2．5。此類燃煤蒸汽蓄熱的方式已不能被全社會接受，我國水電能源相對較為充裕，同時不會產(chǎn)生此類污染，因此，電熱產(chǎn)生蒸汽的方式盡管在費用方面略高，經(jīng)濟效益略差，但具有良好的社會效益，相比之下，混凝土電熱蒸汽養(yǎng)護方式已逐步推廣使用，隨著可編程邏輯控制器在工業(yè)控制領域的廣泛應用，基于電熱蒸汽的基礎上，引入無線測控技術與計算機數(shù)據(jù)處理技術，以實現(xiàn)現(xiàn)場電熱蒸汽養(yǎng)護的自動化與程序化，同時提高其養(yǎng)護的精確性與科學性是完全可行的。

冬季低溫環(huán)境的混凝土養(yǎng)護，北方地區(qū)一般采用的燃煤蒸汽養(yǎng)護，南方地區(qū)一般采用蜂窩煤爐蓄熱養(yǎng)護和熱水養(yǎng)護，電熱蒸汽養(yǎng)護也逐步推廣使用。

蒸養(yǎng)混凝土燃煤蒸汽養(yǎng)護

此方式在產(chǎn)生蒸汽的過程中，同時產(chǎn)生大量的有害氣體( 二氧化碳，二氧化硫，氮氧化物) 以及PM2．5。一些較大的預制梁場，需要投入較多資金建設蒸汽鍋爐房以及沿梁場所有臺座處布置蒸汽輸送管，蒸汽輸送管的輸送距離過遠也直接導致沿途熱量損耗大，且蒸汽養(yǎng)護的過程中需要人工24 h不間斷輪班。

蒸養(yǎng)混凝土蜂窩煤爐蓄熱養(yǎng)護

此方式一般在覆蓋的混凝土內(nèi)放置若干小型蜂窩煤爐，通過燃燒煤爐產(chǎn)生的熱量進行蓄熱保溫，其在保濕上沒有任何效果，且在燃燒過程中產(chǎn)生較多的一氧化碳氣體，而一氧化碳在于混凝土表面接觸后會加劇混凝土的碳化，同時一氧化碳的存在于養(yǎng)護棚罩內(nèi)對進入內(nèi)部的施工人員存在較大的安全隱患。

蒸養(yǎng)混凝土冬季熱水養(yǎng)護

此方式一般通過電熱方式將水燒至一定溫度再噴灑在混凝土表面上，有一定的保溫保濕效果，但隨著水的流失熱量散失快，混凝土表面一些區(qū)域或蓄水，供熱不及時，溫度下降時可能結冰。

蒸養(yǎng)混凝土電熱蒸汽養(yǎng)護

此方式通過電熱產(chǎn)生蒸汽，無污染，但在施工過程中仍需要人為控制啟動與停止，通過人工測量養(yǎng)護的溫度與濕度去判斷是否供應蒸汽，因而養(yǎng)護質(zhì)量與操作人員的責任性關系很大，尤其是夜間進行溫度測量工作等難以落實，所有存在較大的局限性。

預養(yǎng)期也叫作靜停期，是將混凝土預制構件在澆筑完成后放置在室溫下進行養(yǎng)護的過程。混凝土預制構件中的固體顆粒在重力作用下會下沉，內(nèi)部氣泡會向外擴散，這樣做能夠使得內(nèi)部氣體順利排放出去，并且能夠提高水泥在蒸汽養(yǎng)護前的水化程度，使水泥能夠具有一定的初始結構強度，在這一階段，初始強度一般應控制在0.4～0.5MPa。

升溫期在蒸汽養(yǎng)護工藝操作過程中對混凝土性能的影響非常重要，產(chǎn)生的放氣現(xiàn)象能夠引起顯著的破壞作用。當混凝土預制構件受到蒸汽養(yǎng)護后，其在混凝土預制構件的表面會立馬的冷卻和凝結，然后就會產(chǎn)生冷凝水膜的現(xiàn)象并且會立即產(chǎn)生冷凝熱蒸汽，在這個時候，氣體和水分就會在混凝土的內(nèi)部進行傳輸，將一些孔都慢慢的連接起來，從而形成了定向的孔縫，然后混凝土的體積就會迅速的膨脹和增大。由于混凝土的初始結構在升溫期，那么它的強度就會比較低，其內(nèi)應力還沒有形成，這時候混凝土的預制構件結構就容易受到外界的傷害。一般情況下，由于一些混凝土的結構，比如混凝土的孔隙率會慢慢增多、產(chǎn)生體積增大等等缺陷，其大多數(shù)是在升溫的階段產(chǎn)生的，所以說，我們對于升溫的速度要求比較嚴格，速度不能夠過快。最好是能夠分段的進行升溫，就是先慢慢的升溫，然后再一點一點的加快升溫，這樣才能夠大大降低液相和氣相出現(xiàn)熱膨脹后產(chǎn)生的破壞性影響。

混凝土預制構件強度增長的重要時期是恒溫期，在這個階段，我們需要注意不要設定保溫的溫度過高，因為這樣會影響其強度的增長，所以，在這個階段我們盡量不要提升混凝土預制構件的恒溫養(yǎng)護的溫度。這個時候，水泥的水化反應會比較的劇烈，而混凝土中的微管多孔結構已經(jīng)慢慢的產(chǎn)生。由于水泥的水化熱反應會造成混凝土的內(nèi)部溫度在一定時間內(nèi)超出介質(zhì)溫度，其內(nèi)部的水分、氣體都會繼續(xù)的產(chǎn)生膨脹，但是這個階段的混凝土預制構件結構的強度已經(jīng)慢慢的加強了。伴隨著水化的進行，減縮也在增加，這些因素都能夠幫助混凝土預制構件抵御不利因素的影響。

在降溫的時期，混凝土的預制構件的結構就會慢慢的定型，這時候混凝土的內(nèi)部所發(fā)生的變化主要是由于混凝土內(nèi)外的溫差、體積的收縮、水分的汽化、拉應力大學而造成的。降溫期降溫速度的合理選擇要依據(jù)混凝土預制構件的尺寸大小選擇，如若不然，一旦降溫速度太快就會造成混凝土預制構件產(chǎn)生的收縮和拉應力過大，進而致使混凝土預制構件產(chǎn)生微裂縫。

蒸汽養(yǎng)護工藝流程的的四個階段都是非常重要的，四個環(huán)節(jié)都不能忽視，缺一不可，它們都能夠直接影響到混凝土預制構件的外觀質(zhì)量和結構性能。 2100433B

《蒸養(yǎng)混凝土》圍繞蒸養(yǎng)混凝土熱損傷及其抑制方法、高品質(zhì)蒸養(yǎng)混凝土制備理論和技術等關鍵科學技術問題，解析了蒸養(yǎng)混凝土水化特性及微結構演變規(guī)律，闡述了蒸養(yǎng)混凝土靜動態(tài)力學性能和耐久性能及其主要影響因素，探討了蒸養(yǎng)混凝土熱損傷的抑制技術，展望了蒸養(yǎng)混凝土發(fā)展趨勢。

• 蒸養(yǎng)混凝土：蒸養(yǎng)混凝土

• 蒸養(yǎng)混凝土：2021年科學出版社出版的圖書

目錄

前言

第1章　緒論　1

1.1　養(yǎng)護工藝及其重要性　1

1.2　混凝土預制構件　2

1.2.1　分類　2

1.2.2　發(fā)展概況　3

1.3　蒸養(yǎng)混凝土技術現(xiàn)狀　7

1.3.1　蒸養(yǎng)過程中混凝土內(nèi)的物理化學變化　8

1.3.2　蒸養(yǎng)混凝土的體積變形　14

1.3.3　蒸養(yǎng)混凝土力學性能和耐久性　15

1.4　存在的問題　17

1.5　本書主要內(nèi)容　18

參考文獻　19

第2章　蒸養(yǎng)過程中混凝土內(nèi)部溫度場及其效應　25

2.1　現(xiàn)場實體構件的溫度場　26

2.1.1　預制箱梁梁體典型部位溫度分布　26

2.1.2　預制軌道板溫度分布　30

2.2　室內(nèi)模擬試驗試件的溫度場　34

2.2.1　養(yǎng)護制度的影響　35

2.2.2　試件尺寸的影響　38

2.3　溫度場及溫度應力的數(shù)值模擬　40

2.3.1　傅里葉熱傳導方程　40

2.3.2　混凝土水化過程中的放熱　42

2.3.3　有限元模型的構建　43

2.3.4　溫度場及應力場模擬結果　45

2.4　蒸養(yǎng)過程中混凝土內(nèi)部的腫脹應力　49

2.4.1　腫脹應力的試驗測試　49

2.4.2　腫脹應力控制　53

2.5　小結　57

參考文獻　58

第3章　蒸養(yǎng)過程中混凝土膠凝材料體系的水化特性　60

3.1　水化放熱　61

3.1.1　膠凝材料組成的影響　61

3.1.2　溫度的影響　66

3.1.3　蒸養(yǎng)非穩(wěn)態(tài)過程水化熱計算　68

3.2　水化反應動力學　71

3.2.1　基于水化程度的水泥水化動力學模型　71

3.2.2　基于水化機理的細微觀水化動力學模型　73

3.3　蒸養(yǎng)各階段的水化反應進程　77

3.4　小結　80

參考文獻　81

第4章　蒸養(yǎng)混凝土微結構的形成與演變　83

4.1　蒸養(yǎng)過程中水泥石的微結構演變　83

4.1.1　自由水含量變化　83

4.1.2　孔結構演變特征　87

4.2　蒸養(yǎng)過程中水泥石-骨料界面結構演變　91

4.2.1　SEM下的水泥石-骨料界面過渡區(qū)特征　91

4.2.2　BSEM下的水泥石-骨料界面過渡區(qū)特征　94

4.2.3　水泥石-骨料界面過渡區(qū)的顯微硬度　97

4.3　蒸養(yǎng)水泥石-鋼筋界面過渡區(qū)特征　101

4.3.1　試驗方法　102

4.3.2　基于顯微CT方法的界面結構特征　102

4.4　蒸養(yǎng)水泥石的物相組成與特性　105

4.4.1　物相組成　105

4.4.2　物相微納觀力學特性　109

4.5　蒸養(yǎng)過程中混凝土的宏觀和細觀孔結構演變　112

4.5.1　宏觀和細觀孔結構的分析方法　112

4.5.2　宏觀和細觀孔結構變化特征　114

4.6　小結　117

參考文獻　118

第5章　蒸養(yǎng)混凝土的靜態(tài)力學性能　122

5.1　概述　122

5.2　蒸養(yǎng)過程中混凝土的力學性能演變　123

5.2.1　抗壓強度與劈裂抗拉強度　123

5.2.2　彈性模量與阻尼性能　124

5.2.3　力學性能與水化程度的關系　126

5.3　礦物摻合料及溫度對蒸養(yǎng)混凝土強度的影響　127

5.3.1　礦物摻合料　127

5.3.2　蒸養(yǎng)溫度　128

5.3.3　礦物摻合料對蒸養(yǎng)混凝土的強度貢獻　129

5.3.4　蒸養(yǎng)混凝土強度隨齡期的變化　131

5.4　蒸養(yǎng)混凝土受壓應力-應變關系　132

5.4.1　破壞形式　132

5.4.2　膠凝材料組成的影響　133

5.4.3　養(yǎng)護溫度的影響　135

5.5　小結　137

參考文獻　138

第6章　蒸養(yǎng)混凝土的動態(tài)力學性能　140

6.1　概述　140

6.2　動彈性模量　143

6.2.1　礦物摻合料的影響　143

6.2.2　養(yǎng)護溫度的影響　144

6.2.3　齡期的影響　147

6.3　動剪切模量　149

6.3.1　養(yǎng)護溫度的影響　149

6.3.2　齡期的影響　152

6.4　阻尼比　154

6.5　低應變率下蒸養(yǎng)混凝土的應力應變特性　155

6.5.1　破壞形式　155

6.5.2　礦物摻合料的影響　155

6.5.3　養(yǎng)護溫度的影響　157

6.6　沖擊荷載作用下蒸養(yǎng)混凝土的應力應變特性　159

6.6.1　破壞形式　159

6.6.2　摻合料的影響　160

6.6.3　養(yǎng)護溫度的影響　161

6.6.4　峰值應力與應變的應變率效應　162

6.6.5　應變率效應討論　167

6.7　小結　169

參考文獻　170

第7章　蒸養(yǎng)混凝土的斷裂性能　172

7.1　概述　172

7.2　蒸養(yǎng)等效砂漿的斷裂性能　173

7.2.1　組成材料的影響　174

7.2.2　養(yǎng)護溫度的影響　178

7.2.3　納米CaCO3和聚丙烯纖維的影響　182

7.3　蒸養(yǎng)混凝土的斷裂特性　186

7.4　小結　189

參考文獻　190

第8章　蒸養(yǎng)混凝土的變形性能　191

8.1　概述　191

8.2　蒸養(yǎng)過程中混凝土的變形性能　191

8.2.1　腫脹變形及其模型　193

8.2.2　腫脹變形測試與模型驗證　198

8.2.3　蒸養(yǎng)過程中混凝土腫脹變形影響因素　201

8.3　蒸養(yǎng)混凝土的干縮變形　209

8.3.1　養(yǎng)護條件的影響　210

8.3.2　礦物摻合料的影響　210

8.4　蒸養(yǎng)混凝土的徐變變形　210

8.5　小結　213

參考文獻　213

第9章　蒸養(yǎng)混凝土的耐久性能　215

9.1　蒸養(yǎng)混凝土的氯離子遷移特性　215

9.1.1　試驗簡介　215

9.1.2　養(yǎng)護條件的影響　216

9.1.3　膠凝材料組成的影響　217

9.2　蒸養(yǎng)混凝土的抗碳化性　220

9.2.1　試驗簡介　220

9.2.2　標養(yǎng)和蒸養(yǎng)試件的碳化深度對比　220

9.2.3　蒸養(yǎng)試件不同位置處的抗碳化性　221

9.3　化學-熱力學作用下蒸養(yǎng)混凝土的抗腐蝕性　222

9.3.1　試驗簡介　222

9.3.2　表觀劣化　223

9.3.3　抗壓強度變化　227

9.3.4　質(zhì)量損失率　230

9.4　蒸養(yǎng)混凝土的抗凍性　236

9.4.1　冰凍作用下的性能變化　236

9.4.2　凍融循環(huán)作用下的性能變化　242

9.5　小結　246

參考文獻　247

第10章　蒸養(yǎng)混凝土的熱損傷　249

10.1　基本概念　249

10.2　表現(xiàn)形式　249

10.2.1　腫脹變形　249

10.2.2　孔結構劣化　250

10.2.3　脆性增加　255

10.3　形成機理　257

10.3.1　腫脹變形機理　257

10.3.2　孔結構劣化機理　260

10.3.3　脆性增加機理　262

10.4　抑制措施　267

10.4.1　膠凝材料組成優(yōu)化　267

10.4.2　表層保濕蒸養(yǎng)工藝　270

10.4.3　后續(xù)水養(yǎng)護措施　271

10.4.4　鋼筋率的影響　275

10.5　小結　277

參考文獻　277

第11章　蒸養(yǎng)混凝土發(fā)展趨勢　279

11.1　概述　279

11.2　高性能蒸養(yǎng)混凝土　280

11.2.1　性能特征　280

11.2.2　制備技術　280

11.3　綠色高性能早強混凝土　283

11.3.1　內(nèi)涵與特征　283

11.3.2　技術途徑　284

11.4　展望　288

參考文獻　288