摘 要： 低水胶比清水混凝土因其内部自干燥,早期产生相当大的自收缩变形,一旦清水混凝土的变形受到约束,就会在清水混凝土内部产生内应力,进而导致清水混凝土早期开裂。饱水多孔材料掺入清水混凝土,提高了清水混凝土内部的湿度,胶凝材料的水化程度得到加大,从而抵抗清水混凝土水化过程中的自干燥,降低清水混凝土的自收缩。阐述了国内外清水混凝土内养护技术的现状,分析了内养护技术的机理以及内养护对清水混凝土性能的影响。

　　引言

　　低水胶比掺加硅灰等高活性矿物掺合料的高性能清水混凝土，以其优良的力学性能和耐久性能，而在海工结构、高层建筑、大跨度桥梁以及机场跑道中得到了日趋广泛的应用。然而，低水胶比清水混凝土早期开裂的敏感性，是其在工程应用中的最大障碍。

　　低水胶比清水混凝土易于自干燥，进而导致清水混凝土自收缩。当清水混凝土的自收缩变形受到内部集料或者外部相邻结构构件的约束时，就会在清水混凝土内部产生应力，而一旦内应力超过清水混凝土的抗拉强度，清水混凝土就会开裂，甚至破坏，继而严重影响清水混凝土的力学性能和耐久性。

　　Powers T C等[1,2]经过多年的研究，并不断的改进，提出了水泥浆相体积分布的经验模型，这个模型使水泥基材料定量计算成为可能。他们基于对水蒸汽的吸附等温线和硬化水泥浆中化学结合水的研究，将水泥浆中的水分成：毛细水、凝胶水和化学结合水。测量表明，在完全水化时1g的水泥大约结合0.23g的化学结合水和0.19g的凝胶水。因此，只有水灰比在0.42以上，水泥才可以完全水化。而对水胶比在0.42以下的清水混凝土，由于低的渗透性，传统手段提供的外部水很难进入清水混凝土内部，以至于传统养护手段对防止清水混凝土内部的自干燥是无效的，因此，清水混凝土将会产生较大的自收缩。为了从根本上解决低水胶比清水混凝土早期自收缩和开裂的问题，最适合的养护方法是从清水混凝土内部提供水源进行内养护。

　　内养护就是将饱水轻骨料(LWA)或高吸水性树脂(SAP)等饱水多孔材料掺入清水混凝土中，在清水混凝土内部形成水源。在胶凝材料水化过程中，饱水多孔材料中所含的水在毛细管张力和湿度差的作用下，释放所吸收的水进入清水混凝土内部，供未水化的水泥继续水化，维持清水混凝土内部处于高湿状态，从而降低清水混凝土水化过程中的自收缩[3-8]。

　　Kim J K和Lee C S [9]研究了不同水胶比清水混凝土早期的内部湿度分布，结果表明，由于水分的扩散，清水混凝土中的水分含量降低了。另外，由于水泥的水化，自干燥导致早期清水混凝土中水分含量进一步降低，尤其，低水胶比高强清水混凝土的自干燥对清水混凝土内部湿度分布有着更为显著的影响，而且影响程度随水灰比的降低而增强。Yang Q B[10]研究了水中养护两年清水混凝土内部湿度的变化，发现随着水灰比的降低，清水混凝土内毛细孔相对湿度也降低，清水混凝土内毛细孔相对湿度的降低，是低水胶比清水混凝土自收缩产生的主要原因。许华胜等[11]研究了不同水胶比清水混凝土由于自干燥引起的内部相对湿度变化与自收缩的影响，发现，随着水胶比的降低，清水混凝土内部由自干燥引起的相对湿度降低，而自收缩增加。以上研究均表明，低水胶比清水混凝土由自干燥引起的内部相对湿度的降低，是自收缩的主要原因，因此，降低自收缩最合适的办法是从清水混凝土内部提供水源，增加清水混凝土内部的湿度，对清水混凝土进行内养护。

　　1 内养护机理

　　清水混凝土凝结硬化期间，随着胶凝材料水化进行，清水混凝土内部的水分不断被消耗减少，在清水混凝土与外界环境没有湿度交换的条件下，清水混凝土内部相对湿度不断降低，这种现象称为清水混凝土的自干燥。水胶比越低，自干燥现象越严重。

　　清水混凝土内养护主要是通过向清水混凝土中加入吸水组分，并将其均匀地分散到清水混凝土中，而当清水混凝土中自由水分降至一定程度时，吸水组分内部存储的水分逐渐被释放，用以弥补内部湿度的降低，以维持胶凝材料的水化反应持续进行，有效阻止硬化水泥浆体的自干燥。

　　内养护材料在清水混凝土中的释水动力[12] ，一是内养护材料与水泥石毛细孔内部的湿度差。在内养护材料释水初期，随着水泥石内部相对湿度的降低，水泥石内部与内养护材料内部相对湿度差是内养护材料释水的主要动力;二是水泥石与内养护材料内部毛细管间的压力差。在内养护材料释水后期，胶凝材料水化产物不断填充毛细孔隙的空间，水泥石内部毛细孔尺寸不断变小，增加了水泥石毛细管的拉应力，与内养护材料孔内水压形成压力差，迫使内养护材料中的水分进入水泥石的毛细孔内。

　　2 内养护材料的掺量和引入的水量

　　为保证低水胶比清水混凝土中胶凝材料充分水化，最大程度减少清水混凝土的自收缩，需要在清水混凝土中引入一定量的内养护水。如果内养护水量不足，无法保证胶凝材料充分水化，最大程度降低清水混凝土的自收缩;如果引入的水量过多，由于水灰比的提高，以及过多的轻骨料的用量，严重影响清水混凝土的力学性能和耐久性。因此，内养护技术的关键是引入最佳内养护水量。内养护水是靠内养护材料引入的，因此，不同吸水性能的内养护材料其最佳掺量不同。

　　2.1 SAP 合理的引水量和掺量

　　引入到清水混凝土中内养护水的多少是内养护成功与否的关键。饱水SAP中的水分应该在合适的时间释放出来，使胶凝材料获得这些水而进一步水化。前面提到，要使胶凝材料完全水化，需要的水灰比约为0.42。因此，当水灰比低于0.42时，如果内养护水进入，就会拟制自干燥，提高水泥的水化程度。所需内养护水的数量从理论上可以通过Power,s Model来估计[13]:

　　4 内养护技术的研究方向

　　内养护技术对清水混凝土的性能有重要影响，目前对内养护技术的研究还相当有限，并且还有一些相互矛盾的结论，为了内养护技术有效地应用于实际工程中，目前需要在以下方面进行深入研究：

　　(1)内养护技术对小于0.30水灰比清水混凝土性能的研究。在保证降低清水混凝土自收缩条件下，通过选择内养护材料的种类、颗粒大小、粒径分布以及引入水量，以改善内养护对清水混凝土性能带来的不利影响。

　　(2)内养护对胶凝材料水化以及微观结构的影响，特别是内养护对集料和胶凝材料界面过渡区的性能和深度的影响。

　　(3)内养护应用技术的研究。制定内养护技术相关的应用技术规程。

　　5 展望

　　借助于内养护材料，为低水胶比清水混凝土引入内养护水，补充胶凝材料水化消耗的水，提高清水混凝土内部的相对湿度，减小清水混凝土的自收缩，降低清水混凝土早期开裂的风险，因此内养护是提高低水胶比清水混凝土耐久性的有效途径。

　　内养护抑制了低水胶比清水混凝土的早期开裂，但同时也存在一些负面效应，如LWA用于内养护会使清水混凝土流动性变差，抗压强度和弹性模量降低;LWA上浮导致清水混凝土各层之间强度、弹性模量等不一致，从而在清水混凝土内部产生应力;SAP的掺入改变了清水混凝土的凝结时间和流动性，SAP在清水混凝土中的聚集，以及SAP释放水后在清水混凝土硬化体中形成大量孔隙，对清水混凝土的强度、弹性模量和耐久性都会产生不利的影响。因此，实际应用中必须通过内养护材料的选择、清水混凝土配合比的设计以及搅拌分散等工艺的改进，降低内养护对清水混凝土的不利影响，扫清内养护在工程应用中的技术障碍，必将推动内养护技术在工程建设中的广泛应用。

转载请注明原文网址：清水混凝土内养护技术国内外研究进展
http://www.cscec-ptc.com/news/hangye/393.html