《蒸养混凝土》

冬季低温环境的混凝土养护，北方地区一般采用的燃煤蒸汽养护，南方地区一般采用蜂窝煤炉蓄热养护和热水养护，电热蒸汽养护也逐步推广使用。

蒸养混凝土燃煤蒸汽养护

此方式在产生蒸汽的过程中，同时产生大量的有害气体( 二氧化碳，二氧化硫，氮氧化物) 以及PM2．5。一些较大的预制梁场，需要投入较多资金建设蒸汽锅炉房以及沿梁场所有台座处布置蒸汽输送管，蒸汽输送管的输送距离过远也直接导致沿途热量损耗大，且蒸汽养护的过程中需要人工24 h不间断轮班。

蒸养混凝土蜂窝煤炉蓄热养护

此方式一般在覆盖的混凝土内放置若干小型蜂窝煤炉，通过燃烧煤炉产生的热量进行蓄热保温，其在保湿上没有任何效果，且在燃烧过程中产生较多的一氧化碳气体，而一氧化碳在于混凝土表面接触后会加剧混凝土的碳化，同时一氧化碳的存在于养护棚罩内对进入内部的施工人员存在较大的安全隐患。

蒸养混凝土冬季热水养护

此方式一般通过电热方式将水烧至一定温度再喷洒在混凝土表面上，有一定的保温保湿效果，但随着水的流失热量散失快，混凝土表面一些区域或蓄水，供热不及时，温度下降时可能结冰。

蒸养混凝土电热蒸汽养护

此方式通过电热产生蒸汽，无污染，但在施工过程中仍需要人为控制启动与停止，通过人工测量养护的温度与湿度去判断是否供应蒸汽，因而养护质量与操作人员的责任性关系很大，尤其是夜间进行温度测量工作等难以落实，所有存在较大的局限性。

预养期也叫作静停期，是将混凝土预制构件在浇筑完成后放置在室温下进行养护的过程。混凝土预制构件中的固体颗粒在重力作用下会下沉，内部气泡会向外扩散，这样做能够使得内部气体顺利排放出去，并且能够提高水泥在蒸汽养护前的水化程度，使水泥能够具有一定的初始结构强度，在这一阶段，初始强度一般应控制在0.4～0.5MPa。

升温期在蒸汽养护工艺操作过程中对混凝土性能的影响非常重要，产生的放气现象能够引起显著的破坏作用。当混凝土预制构件受到蒸汽养护后，其在混凝土预制构件的表面会立马的冷却和凝结，然后就会产生冷凝水膜的现象并且会立即产生冷凝热蒸汽，在这个时候，气体和水分就会在混凝土的内部进行传输，将一些孔都慢慢的连接起来，从而形成了定向的孔缝，然后混凝土的体积就会迅速的膨胀和增大。由于混凝土的初始结构在升温期，那么它的强度就会比较低，其内应力还没有形成，这时候混凝土的预制构件结构就容易受到外界的伤害。一般情况下，由于一些混凝土的结构，比如混凝土的孔隙率会慢慢增多、产生体积增大等等缺陷，其大多数是在升温的阶段产生的，所以说，我们对于升温的速度要求比较严格，速度不能够过快。最好是能够分段的进行升温，就是先慢慢的升温，然后再一点一点的加快升温，这样才能够大大降低液相和气相出现热膨胀后产生的破坏性影响。

混凝土预制构件强度增长的重要时期是恒温期，在这个阶段，我们需要注意不要设定保温的温度过高，因为这样会影响其强度的增长，所以，在这个阶段我们尽量不要提升混凝土预制构件的恒温养护的温度。这个时候，水泥的水化反应会比较的剧烈，而混凝土中的微管多孔结构已经慢慢的产生。由于水泥的水化热反应会造成混凝土的内部温度在一定时间内超出介质温度，其内部的水分、气体都会继续的产生膨胀，但是这个阶段的混凝土预制构件结构的强度已经慢慢的加强了。伴随着水化的进行，减缩也在增加，这些因素都能够帮助混凝土预制构件抵御不利因素的影响。

在降温的时期，混凝土的预制构件的结构就会慢慢的定型，这时候混凝土的内部所发生的变化主要是由于混凝土内外的温差、体积的收缩、水分的汽化、拉应力大学而造成的。降温期降温速度的合理选择要依据混凝土预制构件的尺寸大小选择，如若不然，一旦降温速度太快就会造成混凝土预制构件产生的收缩和拉应力过大，进而致使混凝土预制构件产生微裂缝。

蒸汽养护工艺流程的的四个阶段都是非常重要的，四个环节都不能忽视，缺一不可，它们都能够直接影响到混凝土预制构件的外观质量和结构性能。 2100433B

混凝土性能主要由混凝土组分、混凝土配制和混凝土养护等因素决定。在原材料、配合比和施工工艺一定的情况下，混凝土的养护，特别是早期的养护方式、养护温度、养护湿度、养护时间等的控制，对混凝土水化硬化程度、强度发展、耐久性等均有着重要影响。

养护温度对混凝土的早期性能的发展速度有很大的影响。一般来说，养护温度越高，强度发展越快。研究表明当温度低于某一限值时，水泥水化反应将不再进行，混凝土强度停止发展，这个温度在－ 10 ℃左右。实际上，在温度低于0 ℃的情况下，混凝土中的水分己经开始结冰，这将导致混凝土的冰冻损伤。同时早期的混凝土所处的环境没有保持充分的湿度，可能造成混凝土中水分大量蒸发，其后果: 一方面因干燥失水而影响水泥继续水化; 另一方面混凝土干燥收缩加大，使混凝土在低强度状态下承受收缩引起的拉应力，导致混凝土出现早期裂缝。因此在这种昼夜温差大、低温在零度以下地区，更多去选择蒸汽养护保证混凝土在前期养护过程中对于温度和湿度的要求，从而才能保证其强度及各项性能。

冬季低温环境下的混凝土养护，北方严寒地区一般采用燃煤蒸汽养护，南方湿冷地区一般采用常压烧水供热，小型煤炉蓄热等方式，随着雾霾的日益加重，全社会对PM2．5的高度关注，北方常用的燃煤蒸汽养护以及南方常采用的小型煤炉蓄热养护的方式均会产生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有害气体以及PM2．5。此类燃煤蒸汽蓄热的方式已不能被全社会接受，我国水电能源相对较为充裕，同时不会产生此类污染，因此，电热产生蒸汽的方式尽管在费用方面略高，经济效益略差，但具有良好的社会效益，相比之下，混凝土电热蒸汽养护方式已逐步推广使用，随着可编程逻辑控制器在工业控制领域的广泛应用，基于电热蒸汽的基础上，引入无线测控技术与计算机数据处理技术，以实现现场电热蒸汽养护的自动化与程序化，同时提高其养护的精确性与科学性是完全可行的。

《蒸养混凝土》围绕蒸养混凝土热损伤及其抑制方法、高品质蒸养混凝土制备理论和技术等关键科学技术问题，解析了蒸养混凝土水化特性及微结构演变规律，阐述了蒸养混凝土静动态力学性能和耐久性能及其主要影响因素，探讨了蒸养混凝土热损伤的抑制技术，展望了蒸养混凝土发展趋势。

• 蒸养混凝土：蒸养混凝土

• 蒸养混凝土：2021年科学出版社出版的图书

目录

前言

第1章　绪论　1

1.1　养护工艺及其重要性　1

1.2　混凝土预制构件　2

1.2.1　分类　2

1.2.2　发展概况　3

1.3　蒸养混凝土技术现状　7

1.3.1　蒸养过程中混凝土内的物理化学变化　8

1.3.2　蒸养混凝土的体积变形　14

1.3.3　蒸养混凝土力学性能和耐久性　15

1.4　存在的问题　17

1.5　本书主要内容　18

参考文献　19

第2章　蒸养过程中混凝土内部温度场及其效应　25

2.1　现场实体构件的温度场　26

2.1.1　预制箱梁梁体典型部位温度分布　26

2.1.2　预制轨道板温度分布　30

2.2　室内模拟试验试件的温度场　34

2.2.1　养护制度的影响　35

2.2.2　试件尺寸的影响　38

2.3　温度场及温度应力的数值模拟　40

2.3.1　傅里叶热传导方程　40

2.3.2　混凝土水化过程中的放热　42

2.3.3　有限元模型的构建　43

2.3.4　温度场及应力场模拟结果　45

2.4　蒸养过程中混凝土内部的肿胀应力　49

2.4.1　肿胀应力的试验测试　49

2.4.2　肿胀应力控制　53

2.5　小结　57

参考文献　58

第3章　蒸养过程中混凝土胶凝材料体系的水化特性　60

3.1　水化放热　61

3.1.1　胶凝材料组成的影响　61

3.1.2　温度的影响　66

3.1.3　蒸养非稳态过程水化热计算　68

3.2　水化反应动力学　71

3.2.1　基于水化程度的水泥水化动力学模型　71

3.2.2　基于水化机理的细微观水化动力学模型　73

3.3　蒸养各阶段的水化反应进程　77

3.4　小结　80

参考文献　81

第4章　蒸养混凝土微结构的形成与演变　83

4.1　蒸养过程中水泥石的微结构演变　83

4.1.1　自由水含量变化　83

4.1.2　孔结构演变特征　87

4.2　蒸养过程中水泥石-骨料界面结构演变　91

4.2.1　SEM下的水泥石-骨料界面过渡区特征　91

4.2.2　BSEM下的水泥石-骨料界面过渡区特征　94

4.2.3　水泥石-骨料界面过渡区的显微硬度　97

4.3　蒸养水泥石-钢筋界面过渡区特征　101

4.3.1　试验方法　102

4.3.2　基于显微CT方法的界面结构特征　102

4.4　蒸养水泥石的物相组成与特性　105

4.4.1　物相组成　105

4.4.2　物相微纳观力学特性　109

4.5　蒸养过程中混凝土的宏观和细观孔结构演变　112

4.5.1　宏观和细观孔结构的分析方法　112

4.5.2　宏观和细观孔结构变化特征　114

4.6　小结　117

参考文献　118

第5章　蒸养混凝土的静态力学性能　122

5.1　概述　122

5.2　蒸养过程中混凝土的力学性能演变　123

5.2.1　抗压强度与劈裂抗拉强度　123

5.2.2　弹性模量与阻尼性能　124

5.2.3　力学性能与水化程度的关系　126

5.3　矿物掺合料及温度对蒸养混凝土强度的影响　127

5.3.1　矿物掺合料　127

5.3.2　蒸养温度　128

5.3.3　矿物掺合料对蒸养混凝土的强度贡献　129

5.3.4　蒸养混凝土强度随龄期的变化　131

5.4　蒸养混凝土受压应力-应变关系　132

5.4.1　破坏形式　132

5.4.2　胶凝材料组成的影响　133

5.4.3　养护温度的影响　135

5.5　小结　137

参考文献　138

第6章　蒸养混凝土的动态力学性能　140

6.1　概述　140

6.2　动弹性模量　143

6.2.1　矿物掺合料的影响　143

6.2.2　养护温度的影响　144

6.2.3　龄期的影响　147

6.3　动剪切模量　149

6.3.1　养护温度的影响　149

6.3.2　龄期的影响　152

6.4　阻尼比　154

6.5　低应变率下蒸养混凝土的应力应变特性　155

6.5.1　破坏形式　155

6.5.2　矿物掺合料的影响　155

6.5.3　养护温度的影响　157

6.6　冲击荷载作用下蒸养混凝土的应力应变特性　159

6.6.1　破坏形式　159

6.6.2　掺合料的影响　160

6.6.3　养护温度的影响　161

6.6.4　峰值应力与应变的应变率效应　162

6.6.5　应变率效应讨论　167

6.7　小结　169

参考文献　170

第7章　蒸养混凝土的断裂性能　172

7.1　概述　172

7.2　蒸养等效砂浆的断裂性能　173

7.2.1　组成材料的影响　174

7.2.2　养护温度的影响　178

7.2.3　纳米CaCO3和聚丙烯纤维的影响　182

7.3　蒸养混凝土的断裂特性　186

7.4　小结　189

参考文献　190

第8章　蒸养混凝土的变形性能　191

8.1　概述　191

8.2　蒸养过程中混凝土的变形性能　191

8.2.1　肿胀变形及其模型　193

8.2.2　肿胀变形测试与模型验证　198

8.2.3　蒸养过程中混凝土肿胀变形影响因素　201

8.3　蒸养混凝土的干缩变形　209

8.3.1　养护条件的影响　210

8.3.2　矿物掺合料的影响　210

8.4　蒸养混凝土的徐变变形　210

8.5　小结　213

参考文献　213

第9章　蒸养混凝土的耐久性能　215

9.1　蒸养混凝土的氯离子迁移特性　215

9.1.1　试验简介　215

9.1.2　养护条件的影响　216

9.1.3　胶凝材料组成的影响　217

9.2　蒸养混凝土的抗碳化性　220

9.2.1　试验简介　220

9.2.2　标养和蒸养试件的碳化深度对比　220

9.2.3　蒸养试件不同位置处的抗碳化性　221

9.3　化学-热力学作用下蒸养混凝土的抗腐蚀性　222

9.3.1　试验简介　222

9.3.2　表观劣化　223

9.3.3　抗压强度变化　227

9.3.4　质量损失率　230

9.4　蒸养混凝土的抗冻性　236

9.4.1　冰冻作用下的性能变化　236

9.4.2　冻融循环作用下的性能变化　242

9.5　小结　246

参考文献　247

第10章　蒸养混凝土的热损伤　249

10.1　基本概念　249

10.2　表现形式　249

10.2.1　肿胀变形　249

10.2.2　孔结构劣化　250

10.2.3　脆性增加　255

10.3　形成机理　257

10.3.1　肿胀变形机理　257

10.3.2　孔结构劣化机理　260

10.3.3　脆性增加机理　262

10.4　抑制措施　267

10.4.1　胶凝材料组成优化　267

10.4.2　表层保湿蒸养工艺　270

10.4.3　后续水养护措施　271

10.4.4　钢筋率的影响　275

10.5　小结　277

参考文献　277

第11章　蒸养混凝土发展趋势　279

11.1　概述　279

11.2　高性能蒸养混凝土　280

11.2.1　性能特征　280

11.2.2　制备技术　280

11.3　绿色高性能早强混凝土　283

11.3.1　内涵与特征　283

11.3.2　技术途径　284

11.4　展望　288

参考文献　288