干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律_高原
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文章编号:1009-9441(2003)05-0003-02不同养护条件下混凝土早期内部相对湿度变化的研究(一)于 韵,蒋正武 (同济大学混凝土材料研究国家重点实验室,上海 200092)摘 要:采用混凝土内部相对湿度测试方法,研究了不同养护条件下,不同水灰比的混凝土早期内部相对湿度(IRH)的变化规律。
研究表明,在无养护条件下,混凝土早期IRH 下降主要受水分扩散与自干燥的影响。
随着水灰比的减小,水分扩散对IRH 的影响减小,自干燥的影响增大,IRH 的下降幅度增大。
水养护对延迟混凝土早期IRH 的下降有一定作用,水灰比越大,作用越明显。
关键词:内部相对湿度;自干燥;水分扩散;水养护中图分类号:T U 5 文献标识码:A引言混凝土内部水含量的变化对混凝土的性能,如强度、水化、收缩和开裂等有重要的影响[1-3]。
在干燥环境下,普通混凝土内部相对湿度(IRH )的变化主要受水分扩散控制,而对于高性能混凝土,其IRH 的变化不仅受到水分扩散的控制,且受到自干燥的影响[4-6]。
自干燥是以低水胶比、掺加活性矿物掺和料等为特征的高性能混凝土早期的一种常见现象[7-10]。
在不同的养护条件下,自干燥对混凝土(尤其对低水胶比的混凝土)IRH 的影响有明显变化[4,11,12]。
研究不同养护条件下早期混凝土IRH的分布与变化规律,对预防、控制混凝土开裂,提高混凝土的耐久性具有重要的现实意义。
本文通过实验研究了在无养护与28d 水养护条件下,不同水灰比的混凝土在等温干燥时距离干燥面3cm 、11cm 、21cm 处早期IRH 的分布以及自干燥对混凝土IRH 的影响。
1 实验方案1.1 原材料与配合比实验所用水泥为P O 52.5R 水泥,减水剂为萘磺酸盐复合高效减水剂,细骨料为细度模数2.8的河砂,粗集料为最大粒径20mm 的人工碎石。
表1给出了实验采用的混凝土配合比方案及其28d 抗压强度。
表1 混凝土配合比及28d 抗压强度序号W /C 砂率/%减水剂/%用量/(kg/m 3)C W S G 28d 抗压强度/M Pa S10.2040 2.5600120692103898.7S20.2540 2.0600150680102089.5S30.3040 1.5600180668100285.3S40.4040 1.050020066099075.0S50.60350400240564104646.2S60.8035300240581107925.51.2 IRH 的测试方法与养护条件对混凝土IRH 的变化采用杆式探头湿度传感器来测量。
混凝土在不同环境下的性能变化规律研究混凝土作为一种常见的建筑材料,广泛应用于建筑工程中。
然而,混凝土的性能受到多种因素的影响,其中环境因素是重要的影响因素之一。
对混凝土在不同环境下的性能变化规律进行研究,可以为工程设计和施工提供重要的参考指导。
本文将探讨混凝土在不同环境下的性能变化规律,并分析其影响因素和相应的解决方法。
一、混凝土在高温环境下的性能变化规律高温环境对混凝土的性能产生显著影响。
在高温下,混凝土的强度、抗裂性能和耐久性都会发生变化。
首先,高温会导致水泥胶凝体内部结构破坏,进一步影响混凝土的强度。
其次,高温还会引起混凝土内部的温度梯度,导致应力产生,从而引发裂缝的产生。
此外,高温还会导致混凝土内部的化学反应加快,加剧混凝土的老化现象。
为了应对混凝土在高温环境下的性能变化,可以采取以下措施。
首先,在配合比设计中,应选择适当的水胶比,增加混凝土的流动性和强度。
其次,在施工过程中,应注意混凝土的浇筑和养护,避免暴露在阳光下和高温环境中。
此外,可以采用添加剂来改善混凝土的抗高温性能,如粉煤灰、硅酸盐掺合料等。
二、混凝土在低温环境下的性能变化规律低温环境对混凝土的性能同样产生重要影响。
在低温下,混凝土的抗冻性能、抗裂性能和耐久性都会发生变化。
低温会导致混凝土内部孔隙水结冰膨胀,从而引发混凝土的开裂和剥落。
此外,低温还会加快混凝土内部的化学反应速率,降低混凝土的耐久性。
为了应对混凝土在低温环境下的性能变化,可以采取以下措施。
首先,在配合比设计中,应选择适当的水胶比,减少混凝土内部的孔隙结构,提高抗冻性能。
其次,在施工过程中,应采取绝热措施,减少混凝土的温度降低。
此外,可以使用抗冻剂来改善混凝土的抗冻性能,如氯化钙、硝酸盐等。
三、混凝土在潮湿环境下的性能变化规律潮湿环境对混凝土的性能变化也具有显著影响。
在潮湿环境下,混凝土的抗渗性能和耐久性会受到影响。
潮湿环境会导致混凝土内部与外部之间的水分迁移,进而引发渗漏问题。
季节变化时水泥质量变化的原因与预防措施[摘要] 近年来,在建筑工程监督检验时发现,在南方每年的春夏与秋冬交替期间,即每年的3月下旬与9月下旬至11月份,关于混凝土不凝结、强度低、混凝土开裂、磨面层起壳等而怀疑水泥质量问题的顾客投诉增多,而其它时间顾客投诉较少,甚至没有。
[关键词] 季节变化建筑工程预防措施取工地现场样进行检测,水泥安定性、凝结时间及强度等各项质指均符合国家标准要求。
本人根据近年来在企业服务的经验,对其原因与预防措施提出一些粗浅的看法与同行商榷。
1.原因分析1.1气候环境对混凝土质量的影响在南方季节交替期间,气候环境的主要特点:一是温度变化较大,特别是白天与晚上的温差大,有时温差达20。
C以上;二是空气相对湿度变化大,在春夏季节空气相对湿度大,秋冬季节相对湿度较低。
而水泥硬化过程直接与环境温度、相对湿度及其变化情况相关。
若在夏、秋季节交替间高风速、低相对湿度、高气温与高的混凝土温度等符合作用下,若混凝土表面的脱水速率>0.5kg/(m2.h),失水可以超过渗出水到达混凝土表面的速率,并造成毛细管负压,引起收缩。
如果蒸发速率>1.0kg(m2.h),早期混凝土水分蒸发快,就很容易造成干缩裂缝;若温度波动较大,中断湿养护会使早期混凝土遭受热胀冷缩,可能引起开裂而产生温差裂缝。
这2种裂缝用户误认为系水泥安定性不合格所致。
当然温度对水泥凝结时间的影响更为直接,据试验,温度每升高或降低5。
C,水泥凝结时间会缩短或延长25~30min;若环境温度在30C。
以上,则水泥凝结时间会缩短1h以上,此时,对于凝结时间偏短的水泥,施工就反映凝结较快,来不及操作。
若在施工中水泥过了初凝甚至终凝才振实成型,则严重影响水泥强度的发挥,水泥混凝土表现为结构力较差,强度较低。
此情况用户大多反映水泥二三天还不凝结,误认为水泥凝结时间过长或强度过低。
1.2用户施工养护因素如果要发挥水泥混凝土的最佳性能,必须很好地进行养护。
干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律
混凝土是建筑工程中的重要材料,但它会因为气候、湿度或蒸汽变化而逐渐削
弱其特性。
在湿度真实变化时,混凝土内部的相对湿度也会发生变化,不断地形成干燥和吸湿相互交替的状态。
一般来说,下雨后吸湿,天气晴朗时干燥,引发其相对湿度的变化。
混凝土内部的相对湿度变化,不仅源于气象原因,还源于混凝土本身和外界环
境的温度、湿度和蒸汽流行率之间的关联。
在混凝土上,气象条件的变化有助于外界温度的调整,并有可能在极端情况下引发内部潮汽的渗透。
另外,当外界环境中的湿度急剧增大时,混凝土的表面相对湿度也会有所增大,这样就会出现内部的潮湿情况。
通风和运动也可以改变混凝土内部的相对湿度,在通风效果良好尤其有效。
混凝土内部相对湿度的变化,可以衡量混凝土受湿度影响的严重性,以及混凝
土强度及变形能力的变化趋势。
因此,弄清混凝土内部相对湿度变化规律,就显得格外重要。
可以充分利用天气预报,记录和预测混凝土内部相对湿度变化情况,从而调整其使用和维护。
如此一来,就能有效降低建筑整体的新硬度损失,不仅能形成该项建设的永久稳定性,也能为该建筑提供更好的抗震性能和经久耐用性。
混凝土养护中的湿度控制技巧一、前言混凝土是一种广泛应用的建筑材料,其优良的性能和可塑性在建筑行业中得到了广泛的认可和应用。
在混凝土的施工过程中,养护工作是非常重要的一环,因为混凝土的强度和耐久性都与养护有着密切的关系。
湿度是混凝土养护中的一个非常重要的参数,本文将详细介绍混凝土养护中的湿度控制技巧。
二、混凝土养护中的湿度控制技巧2.1 湿度的重要性在混凝土的养护过程中,湿度是一个非常重要的参数。
混凝土中的水分对于混凝土的强度和耐久性都有着非常重要的影响。
如果混凝土中的水分过少,那么混凝土的强度和耐久性都会受到影响;如果混凝土中的水分过多,那么混凝土在养护过程中会发生裂缝,从而影响混凝土的强度和耐久性。
因此,在混凝土的养护过程中,控制湿度是非常重要的。
2.2 湿度的监测在混凝土的养护过程中,湿度的监测是非常重要的。
可以使用湿度计来监测混凝土的湿度。
湿度计可以分为电子湿度计和化学湿度计两种。
电子湿度计是比较常用的湿度计,它可以直接测量混凝土中的湿度。
化学湿度计是通过测量混凝土中水分的释放量来计算混凝土的湿度。
在使用湿度计进行湿度监测时,应该注意将湿度计放置在混凝土的中心位置,并且在养护过程中要定期进行湿度监测,以确保混凝土的湿度符合要求。
2.3 湿度的控制在混凝土的养护过程中,湿度的控制非常重要。
湿度的控制可以通过以下几个方面来实现:(1)喷水养护喷水养护是一种比较常用的湿度控制方法。
在养护过程中,可以使用喷水器将水喷洒在混凝土表面,从而保持混凝土的湿度。
喷水养护的时长和喷水的频率应该根据混凝土的具体情况进行调整。
(2)湿布养护湿布养护是一种比较简单的养护方法。
可以将湿布覆盖在混凝土表面,从而保持混凝土的湿度。
湿布养护的时长和布的厚度应该根据混凝土的具体情况进行调整。
(3)覆盖膜养护覆盖膜养护是一种比较常用的湿度控制方法。
可以将覆盖膜覆盖在混凝土表面,从而保持混凝土的湿度。
覆盖膜的种类有很多种,如聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜等。
泥岩路基填料强度的干湿循环效应
对于泥岩路基填料强度的干湿循环效应,有以下几点需要注意:
一、水分状态
1. 泥岩路基填料水分含量大,容易受到潮湿状态的影响而发生变化。
2. 潮湿状态下,泥岩路基填料强度下降,抗压强度变低。
3. 水分越多,泥岩路基填料着地稳定性随之降低,塑性减弱,抗压能力下降。
二、湿润-干燥循环
1. 高温和高度湿润的条件可以使泥岩路基填料的强度降低,特别是土壤的强度和抗压能力受损害较大,不能正常承载车辆荷载。
2. 干湿循环和高温影响会使泥岩路基填料发生破坏性失效,出现抗压强度下降,冻结-解冻循环对泥岩路基填料抗压强度影响很大,容易出现收缩裂缝破坏的现象。
三、温度的影响
1. 温度升高会使泥岩路基填料的强度和抗压能力下降,而低温又会使泥岩路基填料的抗压能力和稳定性增加。
2. 气候变化影响的温度波动对泥岩路基填料的存在强度是一个重要因素,温度变化对泥岩路基填料强度的影响会增加,从而影响路面稳定性。
四、抗压强度变化
1. 湿润干燥循环影响使得泥岩路基填料抗压强度变化,干湿循环能够明显降低泥岩路基填料的抗压强度,如果填料内部含水量越高,对泥岩路基填料的抗压强度影响就越大。
2. 干湿循环作用下,泥岩路基填料的抗压性能会随着水的渗入、排出发生改变,这样就会影响泥岩路基填料的抗压效果。
3. 对于泥岩路基填料的抗压强度,应在施工、维护和使用中科学的调节湿度,以实现最佳寿命效果。
第16卷第3期2013年6月建筑材料学报JOURNAL OF BUILDING MATERIALSVol.16,No.3Jun.,2013 收稿日期:2011-11-29;修订日期:2012-02-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(51178248);国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB623200)第一作者:高 原(1986—),男,贵州遵义人,清华大学博士生.E-mail:y-gao04@mails.tsinghua.edu.cn通信作者:张 君(1962—),男,内蒙古通辽人,清华大学教授,博士生导师,博士.E-mail:junz@tsinghua.edu.cn文章编号:1007-9629(2013)03-0375-07干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律高 原1,2, 张 君1,2, 韩宇栋1,2(1.清华大学土木工程系,北京100084;2.清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室,北京100084)摘要:分别采用清水和硫酸盐溶液作为湿润溶液,对C30和C80这2个强度等级混凝土进行了干湿交替试验,测量了干湿交替下混凝土不同深度处的相对湿度随时间的发展规律.结果表明:在覆膜养护阶段,混凝土内部相对湿度的发展遵循两阶段发展模式,即首先经历一段湿度饱和期(湿度为100%),然后进入湿度下降期;混凝土内部相对湿度沿高度呈现明显的梯度;当混凝土进入干湿交替过程后,只有距混凝土表层一定深度范围内的相对湿度发生变化,大于此深度处的混凝土相对湿度基本保持不变,此深度即为干湿交替影响深度;不同强度等级混凝土在相同干湿交替条件下影响深度不同,混凝土水灰比越小,强度等级越高,影响深度越小;湿润过程采用硫酸盐溶液时,混凝土的干湿交替影响深度要比采用清水时大.关键词:混凝土;干湿循环;内部相对湿度中图分类号:TU528.01 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1007-9629.2013.03.001Experimental Study on the Internal Relative Humidity inConcrete under Dry-Wet CyclesGAO Yuan1,2, ZHANG Jun1,2, HAN Yu-dong1,2(1.Department of Civil Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2.Key Laboratory ofStructural Safty and Durability of China Education Ministry,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract:Using clean water and sulfate solution as the wetting medium,the internal relative humidity inconcrete under dry-wet cycles was measured.The test results show that at the beginning of concreteplacement,the variation law of the internal relative humidity in concrete with age can be described by awater-vapor saturated stage with 100%relative humidity followed by a stage that relative humiditygradually decreases and significant humidity gradient along the height can be found.Under dry-wet cycles,the changes of the relative humidity occur just within a certain depth from the concrete surface.This depthis commonly known as the influencing depth.Under the same dry-wet cycles,different influencing depthswere observed for concretes with different strength.The lower the water to cement ratio and/or the higherthe concrete strength,the shorter the influencing depth.The influencing depth is larger when sulfatesolution is used as the wetting medium than that when the clean water is used.Key words:concrete;wet-dry cycle;internal relative humidity 混凝土结构在环境作用下的性能衰退已经成为目前结构设计和维护的焦点.水既是水泥水化的必需物质,同时也和多数混凝土性能的衰退过程有关.水分既可以作为外部侵蚀介质在混凝土内传输的载建筑材料学报第16卷 体,比如硫酸盐侵蚀、氯离子传输和碳化等,同时它自身也是混凝土一些劣化反应发生所需的必备条件,比如碱-骨料反应和硫酸盐侵蚀等.干湿循环是导致混凝土结构性能衰退最为严酷的环境条件之一[1].中国的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》、日本的《混凝土标准示方书》以及欧洲的混凝土结构耐久性研究项目均将干湿交替区域作为混凝土结构耐久性设计的控制部位.混凝土是一种渗透性很差的多孔介质,自然环境中的干湿交替仅对其表面有限深度范围有影响[2].对于混凝土在干湿交替下耐久性的研究主要关注的是在该影响深度范围内混凝土性能的衰退.相对湿度是混凝土内部水分含量的一个重要表征.在已有关于混凝土内部湿度分布及其随时间变化规律的研究中,Andrade等[3]测量了暴露于室外的成熟混凝土的温湿度特征.Parrott等[4-5]开展了暴露于自然环境和海水环境中的混凝土湿度测量试验.近年来张君等[6-9]试验测量了从浇注开始至28d龄期的早龄期混凝土内部温湿度.对成熟混凝土在干湿交替下的内部相对湿度分布及其随时间变化规律的研究相对较少.了解干湿循环过程中混凝土内部相对湿度的分布及其变化规律,有助于混凝土结构劣化的防治和耐久性提高.本文试验测定了混凝土在养护期间和后续干湿交替过程中的内部湿度(相对湿度,下同),得到了分别以清水和硫酸钠溶液为湿润溶液的干湿交替过程中混凝土湿度分布及其随时间的变化规律,并比较了普通、高强混凝土在相同环境条件下的湿度分布和干湿交替对混凝土湿度影响深度的差别,以及硫酸盐介质对混凝土干湿交替过程中湿度分布和影响深度的影响.1 试验方法原材料:P·O52.5普通硅酸盐水泥;粒径为5~25mm的石灰石;细度模数为2.6的河砂;细度为20 000m2/kg的硅灰;聚羧酸高性能减水剂;自来水.依抗压强度设计了2个强度等级的混凝土(C30和C80),其配合比和28d抗压强度如表1所示.试验时通过调节减水剂用量将混凝土的坍落度控制在120~150mm.采用电容式温湿度传感器,其相对湿度测量范围0~100%,误差±2%,温度测定范围-10~60℃,误差±0.5℃.传感器的数字信号通过巡检仪定时采集并由计算机存储.表1 混凝土配合比Table 1 Mix proportions of concreteNo.mw/mcMix proportion/(kg·m-3)Cement Water Sand Stone Silica fume28dcompressive strength/MPaC30 0.53 352 187 704.5 1 056.7 32.8C80 0.23 457 117 609.3 913.9 50.8 87.8 试验中混凝土内部水汽和热量传递设计为一维传输.采用200mm×200mm×800mm模具,为确保水分沿试件高度方向的一维传输,在模具内表面铺上塑料膜,浇注完成后只留浇筑面与空气接触.同时,试模底部置于聚苯板上,四周用聚苯板围护,以保证热量近似一维传输.为使试件方便湿润,在顶部预留1个尺寸为20mm×180mm×780mm的空槽,故试件有效尺寸为180mm×200mm×800mm.每种配比混凝土分别制作2个试件,其中1个采用清水为湿润溶液,另1个采用10%(质量分数,下同)硫酸钠溶液.试验过程如下:首先准备放置传感器的塑料管,该塑料管外径20mm,在距管底2mm处沿外环线方向切割出2段宽为3mm的不连通环状带,塑料管底部封上塑料薄片;准备直径为15mm的不锈钢棒,预先放置于塑料管中,保持塑料管内壁与钢棒的紧密接触,钢棒长度超出塑料管上端至少5cm,以方便取出,其目的是为保证振捣过程中水泥浆体不从底端的小孔渗入.传感器探头部分长3cm,在3cm处套上2个O形橡胶密封圈.将搅拌好的混凝土倒入模具内并用振捣棒充分振捣,然后缓慢插入内置有钢棒的塑料管.按照上述步骤,每个试件中插入5根塑料管,它们在混凝土中的深度分别为1,3,5,10,15cm,如图1所示.浇注完成一段时间后,缓缓拔出钢棒,用海绵吸出残留在塑料管底端的浆体后,将传感器放入塑料管中,使传感器探头顶端尽量靠近塑料管底部.由于传感器外壁与塑料管之间存在间隙,为了保证所采集湿度的准确性,将2mm厚的O型圈套在传感器感应部位的上端3cm处,使塑料管底部形成3cm长度的密闭空间,同时在塑料管的上端用高分子液体密封胶填充传感器和PVC管之间的间隙,以保证传感器探头准确地测量出指定位置的温湿度.试件浇注完成后,进行28d覆膜养护.养护完成后,揭去试件上表面的塑料膜,在试件顶端预留的673 第3期高 原,等:干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律 图1 传感器埋置方式示意图Fig.1 Test set-up of humidity and temperaturemeasurement(size:mm)盛放槽中盛放溶液,进行干湿循环试验.为了防止溶液沿塑料管界面深入内部,在进行溶液干湿循环试验前,使用环氧树脂对塑料管与混凝土以及混凝土与四周模板界面进行密封,以确保润湿介质仅从混凝土渗入.干湿循环制度为湿润7d,干燥14d.湿润过程中,在试件顶部预留的空心槽中加入溶液,液面高度距试件表面1.5cm,并用塑料薄膜覆盖,防止溶液过快蒸发,液面高度下降.在整个湿润过程期间,每天定时查看液面高度,并及时添加溶液以确保整个湿润过程中液面高度不变.为了避免湿润溶液与试件温差导致的影响,在试件进行湿润前3d就将配制好的湿润溶液置于试件所处环境中,确保进行湿润时溶液温度与试件表面温度相一致.湿润过程结束之后,立即吸去试件表面溶液,并用纸巾将残留溶液擦拭干净,尽量消除试件表面残留水分对干燥过程的影响.试验共进行3个干湿循环周期.图2为进行中的干湿循环试验照片.试验中各传感器自动采集温湿度数据,每隔10min记录1次数据.试验结束后,对试验中使用的所有温湿度传感器用不同的饱和盐溶液进行湿度标定,由标定曲线对湿度数据进行校核.图2 干湿循环试验Fig.2 Dry-wet cyclic test2 试验结果及分析2.1 干湿交替下混凝土内部湿度发展规律图3,4分别为试验测得的C30,C80混凝土试件在不同深度处的相对湿度(RH)随时间变化曲线.C30和C80混凝土试验是在同一环境下同时进行的,因此环境湿度仅在图4中给出.由于试验过程中传感器损坏,没有测到C80混凝土采用硫酸钠溶液湿润的试件(即图4(b))在5cm深度处的湿度数据.由图可见,混凝土在28d覆膜养护期间,其内部湿度在浇注之后的最初一段时间内均保持在100%水平,即这段时间混凝土内部处于湿度饱和状态.湿度饱和期结束的时间称为临界时间,临界时间的长短主要与混凝土水灰比、表面状态和距表面深度有关[9].相同深度位置处,C30混凝土的临界时间均大于C80混凝土.以上现象可以解释为:在混凝土浇注初期,孔隙内含有较多的液态水,并相互连接成为连续的液态水网络,随着龄期的增长,孔隙内液态水逐渐减少,当液态水被水化的水泥颗粒逐渐隔离,其连续性被破坏后,孔隙内蒸汽压开始低于饱和蒸汽压,致使相对湿度开始下降.上述过程的持续时间受混凝土孔隙内原始含水量控制,原始含水量越大,持续时间越长,反之越短.普通混凝土水灰比大于高强混凝土,所以其临界时间长.混凝土进入湿度下降期之后,其内部湿度的降幅在不同深度处并不相同.养护至28d时,靠近C30试件外表面处的相对湿度下降最大,降至80%左右,而C80试件则是靠近内外两表面的相对湿度降幅很大,均降至45%左右.从两表面到试件中部,C80的相对湿度逐渐增大.可见混凝土浇注后简单覆盖塑料膜并不能防止其表面干燥.另外,在干湿交替作用下,混凝土内部湿度受影响的区域深度有限.对于C30和C80混凝土,无论是使用清水还是硫酸钠溶液作为湿润过程的溶液,只有距离表面1cm处的相对湿度随干湿循环进行而有明显变化,其他则变化不明显.这表明在本试验的干湿交替制度下,混凝土内水分影响深度大于1cm,但是到达3cm处时湿度波动已经较小,确切的湿度影响深度以及硫酸钠溶液和清水对混凝土内部湿度影响深度的差别还需进一步通过分析断面湿度分布的变化来确定.值得注意的是,图4(a)中C80混凝土3cm深度处的相对湿度在第3个干湿交替周期的湿润阶段出现明显上升,随后的干燥阶段则明显下降.这可能是干湿循环前期,水分进入混凝土内部的深度有限,随着干湿循环的进行,湿润过程中进入混凝土内部的水分大于干燥过程中混凝土的失水773建筑材料学报第16卷 量,从而使水分不断深入混凝土内部,当水分进入深度大于3cm时,湿度传感器测量得到的该处湿度即出现周期性变化.还有,在干湿交替作用下,干湿交替影响深度范围内的混凝土相对湿度呈现周期性变化.当混凝土进入湿润阶段时,混凝土相对湿度会在短时间内急剧上升,基本都达到100%.对于高强和普通混凝土,此阶段湿度反应时间相差不大,约为3~5h,在整个湿润期间其相对湿度水平基本上保持不变;当混凝土由湿润阶段进入干燥阶段时,混凝土内部湿度场不会立即发生变化,本试验每次干燥时间为14d,虽然环境相对湿度在15%左右,明显低于混凝土内部湿度,但是距离试件表面1cm深度处的混凝土相对湿度在干燥7d左右才出现下降,并且与湿润阶段相比,干燥阶段湿度下降的速率明显小很多.这源于混凝土干燥过程和湿润过程水分传输机理的差异,即干燥时水分传输主要由水分扩散控制,而湿润时主要由液态水渗透机制控制.再则,随着干湿交替的进行,使用不同湿润溶液的同强度等级混凝土的相对湿度变化出现明显差别.C30混凝土使用清水作为干湿交替溶液时,同一交替周期内其表层湿度变化幅度随着交替次数的增长而变小,而使用硫酸钠溶液作为干湿交替溶液时,在试验所完成交替周期内,在每一交替周期其表层相对湿度变化幅度基本一致;C80混凝土在对应湿润溶液中的变化趋势则刚好相反.出现这一现象的原因,将在下节进行详细分析.873 第3期高 原,等:干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律 2.2 干湿交替下混凝土断面湿度分布规律干湿交替开始前混凝土内部湿度的分布,对干湿交替下断面湿度分布变化规律有较大影响.图5为混凝土养护28d后的断面相对湿度分布.由图5可见,使用不同湿润溶液的同强度混凝土试件其断面湿度分布基本一致,但C30混凝土的相对湿度均大于C80混凝土.C30混凝土出现湿度下降的区域为距试件外表面约5cm范围内,外表面的相对湿度降至70%左右,距表面5cm之后的区域湿度下降很小,约为90%~95%;C80混凝土呈现两端低中间高的湿度分布,上下两表面相对湿度最低,大约为45%,距表面5cm左右的相对湿度最大,约为80%,这说明该混凝土内部存在湿度梯度.出现上述结果的原因,主要是高水胶比的混凝土(C30)内部水分比较充分,水泥水化引发的内部湿度下降有限[6,9],水分蒸发主要发生在干燥面,因此其干燥面上的湿度下降明显;低水胶比混凝土(C80)的内部水分含量较少,由水泥水化所引发的湿度下降本身图5 养护28d后混凝土断面相对湿度分布Fig.5 Relative humidity profiles of concrete after 28dcuring就较明显,加之表面干燥作用,就形成了如图5所示的初始湿度分布.图6,7为干湿交替时典型时刻的混凝土断面相对湿度分布,其中28d为覆膜养护结束时刻,63,84,105d为干湿交替中干燥结束时刻,以虚线表示;49,70,91d分别为干湿交替中湿润过程结束时刻,以实线表示. 由图6,7可见:(1)对C30混凝土,以清水和硫酸钠溶液作为湿润溶液时,均表现为每次湿润结束后,距混凝土表面一定深度范围内其相对湿度达到几乎100%,而每次干燥结束后则均出现下降,且距973建筑材料学报第16卷 外表面越近,湿度下降幅度越大;随着干湿交替次数的增加,干燥结束后影响深度范围内混凝土的相对湿度均大于前一次干燥结束时的水平,即干湿交替过程中,湿润期间进入混凝土内部的水分要大于干燥期间混凝土的失水量.而且此现象在以清水为湿润溶液的试件中表现更为明显.导致这一现象的原因一是干燥过程中,水分向外扩散,硫酸盐在混凝土内部的浓度增大,从而使得相同含水量条件下,使用硫酸纳溶液作为湿润溶液的混凝土内部湿度较低(试验中使用的硫酸钠溶液在25℃时的相对湿度为95%,饱和硫酸钠溶液则为83%左右);二是干燥过程中Na2SO4会吸附一部分水分形成Na2SO4·10H2O,也使得混凝土内部液态水含量减少,内部相对湿度下降.(2)对C80混凝土,其断面相对湿度分布变化规律刚好和C30混凝土相反.以清水作为干湿交替过程湿润溶液时,在距混凝土表面一定深度范围内,每次湿润结束后其相对湿度都达到将近100%,而每次干燥结束后,此范围内的相对湿度都出现下降,且距表面距离越近,降幅越大;以硫酸钠溶液为湿润溶液时,C80混凝土断面相对湿度分布变化规律与其在清水湿润下变化相似,只是随着干湿交替次数的增加,每次干燥结束后表层混凝土的相对湿度降幅变小.这可能是C80混凝土自身密实性好,硫酸盐溶液很难进入混凝土内部,仅仅在混凝土表面很小的范围存在.随着干湿循环的进行,混凝土表层硫酸盐侵入量增多,加之高强混凝土内部孔径较小,干燥过程中硫酸盐结晶堵塞了混凝土内部孔隙,使得水分向外扩散受阻,而湿润过程中硫酸钠结晶溶解于硫酸盐溶液中,孔隙通道被打通,水分传输不受影响.此外,湿润阶段混凝土相对湿度略低于100%,这是由于孔隙水中溶入了硫酸钠造成的.(3)对比C30和C80混凝土在以清水为湿润溶液进行干湿交替过程中断面相对湿度分布的变化规律可以看出,相同干湿交替制度(干燥和湿润时间不变)下,C30混凝土的相对湿度降幅要小于C80混凝土,且随着干湿交替周期的增加,其断面相对湿度不断上升.这主要是因为在干燥和湿润过程中混凝土的水分传输能力不同,湿润过程中水分传输速度要明显大于干燥过程中的水分传输速度,当一个干湿交替周期内干燥时间和湿润时间到达某一比值时(通常称为平衡时间比),该周期的失水量和吸水量恰好相等.在相同的环境湿度变化情况下,混凝土水灰比越大,平衡时间比越长.也即不同强度等级混凝土失去相同湿润时间内的吸水量所需的时间,随着水灰比的增加而增加.当干湿交替1个周期内干燥时间与湿润时间的比值小于平衡时间比时,混凝土吸水量大于失水量,其内部湿度会增加;两者差值越大,混凝土内部湿度增幅越大.本试验中干湿交替过程的干燥时间与湿润时间的比值为2,根据文献[10]中计算的不同水灰比混凝土的平衡时间比可知这一比值小于其平衡时间比,所以会出现不同强度等级混凝土断面相对湿度分布随时间的变化规律不尽相同的情况.(4)对比C30和C80混凝土在以硫酸钠溶液为湿润溶液进行干湿交替过程中断面相对湿度分布的变化规律可以看出,相同干湿交替制度下,2种强度等级混凝土的相对湿度降幅基本相当,且随着干湿交替周期的增加,C80混凝土断面湿度水平不断增加.对于该现象的解释仍然可以用硫酸盐溶液使得混凝土内部含水量相同时其相对湿度降低和硫酸盐结晶堵塞混凝土孔隙通道,阻止水分向外扩散的观点来解释.由图6,7还可看出,无论是以清水还是硫酸钠作为干湿交替过程的湿润溶液,干湿交替下只有距混凝土表层一定深度范围内的相对湿度发生变化,也即干湿交替下干燥和湿润过程的作用范围是有限的,这个深度范围称为混凝土影响深度.在本试验干湿交替制度下,以清水作为干湿交替过程中湿润介质时,C30和C80混凝土的影响深度分别为6.0,4.0cm;以硫酸钠溶液为湿润介质时,C30和C80混凝土的影响深度分别为8.5,5.0cm.C30混凝土的影响深度大于C80混凝土,这与低强度混凝土具有相对较大的水分扩散能力有关;相同强度等级混凝土,使用硫酸钠作为湿润溶液时的影响深度要大于使用清水作为湿润溶液时.原因是硫酸盐对混凝土侵蚀而生成膨胀性产物钙钒石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O)和石膏(CaSO4·2H2O),从而引起其体积膨胀,同时干燥过程中混凝土表面水分丧失使得孔隙内硫酸钠溶液浓度增大,硫酸钠结晶盐析出.C30混凝土因其水灰比大,密实性差,抗硫酸盐侵蚀能力弱,硫酸盐易侵入其内部,干燥过程中生成的硫酸盐结晶产生盐结晶压和硫酸盐侵蚀反应引起的体积膨胀导致其表层混凝土损伤,溶液侵入深度加深.C80混凝土因其水灰比小,密实性好,硫酸盐侵入其内部的量较少,前期膨胀性产物的生成量较小,对混凝土起到了密实作用,使得干燥过程中水分向外扩散难度加大,导致其内部水分含量随着干湿交替次数的增加而增加,相对湿度变化范围增大.3 结论(1)在28d养护期间,混凝土内部相对湿度随083 第3期高 原,等:干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律龄期的发展可分为湿度饱和期和湿度下降期两个阶段.混凝土内部相对湿度沿高度呈梯度分布.(2)在干湿交替作用下,只有距混凝土表层一定深度范围内的相对湿度发生变化,而大于此深度处的混凝土相对湿度基本保持不变.此深度即为混凝土在干湿交替作用下的影响深度.不同强度等级混凝土在相同干湿交替条件下的影响深度不同,水灰比越小,强度等级越高,影响深度越小.(3)干湿交替下,硫酸盐对混凝土内部相对湿度的影响较为明显.采用硫酸盐溶液作为干湿交替中的湿润溶液,混凝土的影响深度要大于采用清水作为湿润溶液的相同干湿交替情况.参考文献:[1] HOBBS D W,MATTHEWS J D,MARSH B K.Minimumrequirements of durable concrete:Carbonation and chlorideinduced corrosion,freeze-thaw attack and chemical attack[M].Crowthorne:British Cement Association,1998:1-3.[2] MCCARTER W J,WATSON D W,CHRISP T M.Surfacezone concrete:Drying,absorption,and moisture distribution[J].ASCE Journal of Materials in Civil Engineering,2001,13(1):49-57.[3] ANDRADE C,SARRIA J,ALONSO C.Relative humidity inthe interior of concrete exposed to natural and artificialweathering[J].Cement and Concrete Research,1999,29(8):1249-1259.[4] PARROTT L J.Influence of cement type and curing on thedrying and air permeability of cover concrete[J].Magazine ofConcrete 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