专利名称：一种水泥基材料早期喷雾养护方法
技术领域：
本发明涉及一种水泥基材料早期养护方法，适用于施工现场暴露于自然条件下水 泥基灌浆材料、高性能混凝土、自密实混凝土，以及暴露于严酷干燥环境下的混凝土，从浇 筑成型开始直至硬化脱模的阶段，属于混凝土施工技术领域。
背景技术：
“养护”是水泥基材料施工过程中的非常重要的程序，通常被描述为能够提供水泥 持续水化所需的足够的水和热，并使水泥在一定时间内实现硬化的过程。以水泥作为主要 胶凝材料的水泥基材料，其主要性能的产生均依赖于水泥主要矿物的水化，而这种水化过 程必须满足一定的温度和湿度条件。这种条件在施工现场必须通过特殊的措施来完成，即 养护。养护对硬化水泥基材料内部和表面性能，如强度、渗透性、耐磨性、体积稳定性以及抵 抗冻融破坏及除冰盐侵蚀的能力，均会产生显著的影响，养护的周期定义为从最初的浇筑、摊铺、振捣和精整直至得到要求的水泥基材料 性能的这一周期，其中早期养护是指浇筑到脱模之间的养护。在水泥基材料施工过程中，传 统的养护只是一个单一的过程，通常在水泥基材料浇筑或精整后实施，对于普通环境下普 通水泥基材料而言，由于其水分蒸发速率相对较慢，这种养护程序比较合理，且易于施行。 然而，对于最近二十年以来蓬勃发展的高性能水泥基材料，如泵送混凝土、自密实混凝土、 高强混凝土等等，这些水泥基材料的普遍特点是掺加了高效减水剂和活性细掺料，水泥基 材料流动度大，水分容易从表面蒸发；而水泥基材料的泌水率又较低，蒸发的水分难以得到 及时的补充，因此水泥基材料非常容易在浇筑以后，终凝以前发生起皮、开裂，严重时会影 响服役环境下水泥基材料的使用耐久性和使用寿命。传统的单一养护程序尤其是对于我国 的西北地区，浇筑以后的水泥基材料多处于大风、光照等严酷干旱环境，就算是采用传统的 普通水泥基材料浇筑，也普遍存在早期开裂的问题。美国混凝土协会提出的混凝土养护指南指出，大多数新浇筑的混凝土的养护说明 都推荐在一种或数种组合的方法，且在特定时期必须采取养护，并定义了早期养护、中期养 护和后期养护三个阶段。然而，该指南并未给出特定时期的科学判据。仅仅依靠施工现场 人为肉眼观察，依赖于工人的经验。例如泌水现象可以直接用眼睛观察。然而当蒸发速率 大于泌水速率时，水泥基材料表面的状态则容易造成误解，如表面看起来已经初凝，但内部 水泥基材料还处于塑性状态。这种误解会使得人们采取错误的养护手段，对水泥基材料的 最终性能造成不利影响。专利200910184610. 0公开了一种基于孔隙负压测试的分阶段的 水泥基材料早期养护方法，通过自浇筑成型开始水泥基材料早期孔隙负压的连续监测实现 了对养护阶段的自动划分，并且给出了不同阶段的养护措施，实现了早期养护的技术进步。 然而，在实际操作过程中，仍然存在一定的问题。由于在浇筑早期，混凝土施工过程中有很 多道工序，且混凝土浇筑仓面较大，在浇筑的过程中，当先浇筑部分混凝土表层孔隙负压达 到一定的阈值并向施工人员发出信号以后，工人由于还处于浇筑工序，往往无法或不愿意 停止手头的工作来采取必要的养护措施；而管理人员也不愿意额外地增加专门的工人来实
3现分阶段的操作，因此并不能达到预期的效果。
发明内容
本发明提供了一种水泥基材料早期喷雾养护方法，不仅简化了早期养护分阶段的 繁琐程序，而且为早期的混凝土表层提供了最佳的水化环境，以达到最佳的养护效果。所述水泥基材料早期养护方法为在水泥基材料表面喷雾，使新浇水泥基材料表层的毛细孔负压为0_2kPa，直到水 泥基材料脱模为止，所述喷雾是指喷洒雾状的水或减蒸剂溶液。所述水泥基材料表层为距水泥基材料表面深度IOmm以内的部分因为塑性开裂的 原因是表层水分的蒸发速度超过内部水分向表层迁移的速度而引起的表层开裂现象。由于 内部水分的蒸发速度远远小于表层水分的蒸发速度，陶瓷头如果埋入深度太深，就不能感 知表层的水分蒸发情况，达不到通过表层负压来进行养护、控制塑性开裂的效果。当水泥基材料表层毛细管负压达到1. 8-2. OkPa时，开始喷雾；当水泥基材料表层 毛细管负压恢复到0. 0-0. 2kPa时，停止喷雾。所述毛细管负压可以采用公知的方法进行测试。CN200610038805.0就公开了一种 混凝土早期毛细管负压自动测试装置和测试的方法。本发明可以采用上述专利的测试方法 和原理，利用同样或相似装置进行毛细管负压的测试。使用毛细管负压自动测试装置测试 水泥基材料表层的毛细管负压，所述毛细管负压自动测试装置包括压力传感器、探头、毛细 管负压数据采集仪，探头底部安装有陶瓷头，陶瓷头表面和内部有微小的孔隙，所述微小孔 隙的孔径为0.01-0. 035 μ m，压力传感器一端与探头连接；压力传感器测得的探头内压力 经毛细管负压数据采集仪进行分析和处理，所述测试水泥基材料毛细管负压的方法包括下 述步骤a.在探头内注满水，使陶瓷头充水饱和，测试探头内的初始压力PO ；b.把探头底部的陶瓷头插入水泥基材料表层，测试探头内的压力Pl，Pl与PO之 差值即为水泥基材料表层的毛细管负压。所述陶瓷头外径不大于6mm，长度为3_5mm，陶瓷头插入水泥基材料时，横向放置 于水泥基材料内。陶瓷头上表面置于水泥基材料l_5mm的深度范围内。陶瓷头中微小孔隙的平均孔径为0. 02 μ m。所述毛细管负压自动测试装置的精度不低于士 lkPa。为了使陶瓷头充水饱和，在使用前陶瓷头必须在无气水(可以采用普通的自来水 加热至沸腾之后，再继续加热超过20分钟冷却)中预先浸泡超过24小时。探头可由集气 管、陶瓷头、管塞组成，集气管采用外径为2-4mm的软塑料管，且与陶瓷头的直径相对应。陶 瓷头与塑料软管直接的粘结必须紧密，不得漏气。埋入陶瓷头前塑料软管需要充满水，并塞 紧管塞，不能漏气。探头的作用在于感应在暴露条件下水泥浆、水泥砂浆或者是混凝土表面水分的能 量状态，压力传感器准确测试出探头的压力变化，为喷雾装置的启动提供信号依据。作为优选方案，采用相连的毛细管负压数据采集仪和喷雾装置，毛细管负压数据 采集仪根据水泥基材料表层的毛细管负压，控制喷雾装置喷雾。
毛细管负压数据采集仪可采用现有技术中的各种公知的数据传输方式与喷雾装 置相连，比如可以采用无线监测系统，也可以是如CN200610038805. 0中所述的有线监测系 统(通过电缆传输)。作为对于喷雾方式的优化，为了减少喷雾机的启动频率，可以喷雾状的减蒸剂溶 液。以本发明应用于混凝土早期养护举例，本发明的具体内容包括首先，在施工浇筑水泥基材料以前，预埋探头。探头的布置可以根据浇筑混凝土仓 面的顺序来布置，从最先浇筑的位置开始，在仓面浇筑时间相隔超过Ih的仓位，尽可能地 布置1-2个陶瓷探头。浇筑混凝土后，测试混凝土表层毛细管负压，根据混凝土表层毛细管负压，对混凝 土进行喷雾养护。作为对于喷雾方式的优化，为了减少喷雾机的启动频率，可以喷雾状的减蒸剂溶 液。从浇筑混凝土开始，采用这样的喷雾养护方式，实施新浇混凝土的早期喷雾养护， 喷雾养护时间持续到混凝土脱模为止。整个操作过程简单，既避免了早期分阶段养护过程 的划分，和浇筑过程中需要人为地采取养护措施，简化了施工程序；而且有效避免了外部干 燥、内部自干燥造成了收缩应力，有效减少甚至避免早期裂缝的产生；并且还为早期混凝土 表层提供了近似100%相对湿度的水化环境，促进了表层混凝土的早期水化，强化了表层混 凝土的物理结构，提高了混凝土结构抵抗外界有害介质渗透的能力，显著提高混凝土的耐 久性。该方法适用于施工现场暴露于自然条件下高性能混凝土、自密实混凝土，以及暴露于 严酷干燥环境下的混凝土 ；该方法也可以适用于水泥砂浆、水泥净浆这一类水泥基材料。
图1是实施例1的系统构成示意图。图2是早期养护方式对碳化深度的影响。图3是早期养护方式对电通量的影响。
具体实施例方式本实施例采用的毛细管负压自动测试装置包括压力传感器1、探头、毛细管负压数 据采集仪5，探头由陶瓷头2、集气管3和管塞4组成、探头底部安装有陶瓷头2，集气管3 内充满水，顶部设有管塞4，前述陶瓷头2内径为2mm，外径为6mm，长5mm，表面和内部有微 小的孔隙，所述微小孔隙的平均孔径为0. 02 μ m，集气管3由透明的塑料软管制成，外径为 2mm，集气管3顶端设有管塞4，压力传感器1安装在管塞4内，压力传感器1另一端连着毛 细管负压数据采集仪5，测得的数据经毛细管负压数据采集仪5进行分析和处理。使用前陶 瓷头在无气水中预先浸泡超过24小时，以充水饱和。在刚刚浇筑成型完毕的混凝土内横向 预埋充水饱和的陶瓷头，使陶瓷头的上表面位于混凝土表面以下2mm处。本实施例的装置图如下如图1所示，毛细管负压数据采集仪5由单片机测控系统组成，包括互相连接的AD 转换器6、单片机中央处理器7，毛细管负压自动测试装置的压力传感器1与数据采集仪5经电缆相连，由压力传感器感应的信号经电缆输送到AD转换器，经过AD转换器模数转换为 数值信号并传送到单片机的中央处理器，单片机中央处理器与喷雾机的电机经电缆相连， 单片机中央处理器主要起着控制传感器的采集时间周期，设置阈值，信号判别和控制喷雾 机的电机的功能。数据采集仪与电脑串口相连，采集时间周期和阈值的设置可以在数据采 集仪上直接设置，也可以通过连接电脑在电脑上设置。具体的步骤包括首先，在施工浇筑水泥基材料以前，预埋探头。探头的布置可以根据浇筑混凝土仓 面的顺序来布置，从最先浇筑的位置开始，在仓面浇筑时间相隔超过Ih的仓位，尽可能地 布置1-2个陶瓷探头。浇筑混凝土后，首先对毛细管负压数据采集仪清零，在数据采集仪里面设置程 序1)预先设置毛细管负压的阈值A和B，阈值的大小与毛细管负压测试装置的灵敏 度和探头的大小、预埋深度有关，根据本发明前期的研究结果，采用本发明的装置，阈值的 上限A可以设置为2. OkPa,阈值的下线B可以设置为0. IkPa ；2)预先设置采样时间，每隔时间t (采样频率t可以是lmin、2min、5min……根据
需要设定)测试毛细管负压Pi。3)毛细管负压Pi信号经电缆传输到A/D转换器，并经模数转换将模拟信号转换为 数值信号，并输送到中央处理器。4)毛细管负压的数据采集仪的中央处理器对数值信号进行判别和处理，当Pi > A 时，启动喷雾机的电机，开始喷雾；当Pi < B时，停止喷雾机的电机，停止喷雾。参照《混凝土结构耐久性设计与施工指南》和ASTM C 1579-06钢纤维混凝土塑性 开裂评估方法，试件尺寸900mmX620mmX80mm，模具边框用63mmX40mmX6. 3mm的槽刚制 作，模具四边与底板通过螺栓固定在一起，以提高模具的刚度。在模具每个边上同时焊接两 排共14个ΦΙΟΧΙΟΟπιπι螺栓伸向锚具内侧，两排螺栓相互交错，便于浇筑的混凝土能填充 密实，当浇筑的混凝土平板发生收缩时，四周将受到螺栓的约束。同时在底板上放置约束装 置，所述约束装置为具有三个应力凸起肋的钢板(根据ASTM C1579-06的规定由一块厚度 为1.2mm的钢板弯折而成，剖视图见图3，其中所有尺寸均以mm计)，在凸起的地方由于约 束装置的刚性约束，混凝土的沉降将在中间的最高的部位诱发裂缝。底板采用不小于20mm 的高密度板，底板上铺聚氯乙烯薄膜隔离层。模具作为试验装置的一部分，试验时与试件连 在一起。 喷雾机使用的是雾状水。耐久性评价主要采取电通量法及快速碳化试验法。电通量试验成型尺寸为直 径为IOlmm高度为200mm的混凝土试件，取表层25mm厚的试件切下用于试验。之所以 选择表层25mm的厚度，主要是考虑到表层混凝土受养护条件的影响较大。电通量试验 参照ASTM C 1202-97进行，但将测试电压由60v降至30v。快速碳化试验的试件尺寸为 IOOmmX IOOmmX 300mm，碳化前先在70°C烘箱中干燥3d后，将除了暴露面之外其余面均用 石蜡密封以进行碳化试验。实施例混凝土水胶比为0. 32，胶凝材料用量为520kg/m3，硅灰掺量为10%，砂率为0. 40。在刚刚浇筑成型完毕的混凝土内横向预埋充水饱和的陶瓷头2，使陶瓷头2的上表面位于 混凝土表面以下2mm处。整个试件暴露于自然环境30 士 2°C，35 士 5 %，试件中心风速3. 5m/ s实验室试验条件下。首先在塑性开裂试模中浇筑搅拌好的混凝土，一组不养护，一组采用本发明自动 喷雾养护方法(A = 2kPa, B = OkPa)。测试其塑性开裂的状况，试验结果如下表所示表1早期养护方法对塑性开裂的影响
权利要求
1.水泥基材料早期喷雾养护方法，其特征在于，在水泥基材料表面喷雾，使新浇水泥基 材料表层的毛细孔负压为0_2kPa，直到水泥基材料脱模为止，所述喷雾是指喷洒雾状的水 或减蒸剂溶液。
2.如权利要求1所述的水泥基材料早期喷雾养护方法，其特征在于，所述水泥基材料 表层为距水泥基材料表面深度IOmm以内的部分。
3.如权利要求1所述的水泥基材料早期喷雾养护方法，其特征在于，当水泥基材 料表层毛细管负压达到1. 8-2. OkP时，开始喷雾；当水泥基材料表层毛细管负压恢复到 0-0. 2kPa时，停止喷雾。
4.如权利要求3所述的水泥基材料早期养护方法，其特征在于，采用相连的毛细管负 压数据采集仪和喷雾装置，毛细管负压数据采集仪根据水泥基材料表层的毛细管负压，控 制喷雾装置喷雾。
5.如权利要求4所述的水泥基材料早期养护方法，其特征在于使用毛细管负压自动 测试装置测试水泥基材料表层的毛细管负压，所述毛细管负压自动测试装置包括压力传感 器、探头、毛细管负压数据采集仪，探头底部安装有陶瓷头，陶瓷头表面和内部有微小的孔 隙，所述微小孔隙的孔径为0. 01-0. 035 μ m，压力传感器一端与探头连接；压力传感器测得 的探头内压力经毛细管负压数据采集仪进行分析和处理，所述测试水泥基材料毛细管负压 的方法包括下述步骤a.在探头内注满水，使陶瓷头充水饱和，测试探头内的初始压力Ptl；b.把探头底部的陶瓷头插入水泥基材料表层，测试探头内的压力P1,P1与Ptl之差值即 为水泥基材料表层的毛细管负压，毛细管负压数据采集仪根据水泥基材料表层的毛细管负压，向喷雾装置发出控制信号。
6.如权利要求5所述的水泥基材料早期养护方法，其特征在于所述陶瓷头外径不大于 6mm,长度为3-5mm，陶瓷头插入水泥基材料时，横向放置于水泥基材料内。
7.如权利要求6所述的水泥基材料早期养护方法，其特征在于陶瓷头上表面置于水泥 基材料l_5mm的深度范围内。
8.如权利要求5所述的水泥基材料早期养护方法，其特征在于陶瓷头中微小孔隙的平 均孔径为0. 02um。
9.如权利要求5所述的水泥基材料早期养护方法，其特征在于所述探头包括集气管和 陶瓷头，陶瓷头固定于集气管底部，集气管外径为2-4mm，压力传感器一端与集气管连接。
10.如权利要求5所述的水泥基材料早期养护方法，其特征在于所述毛细管负压自动 测试装置的精度不低于士 lkPa。
全文摘要
本发明涉及水泥基材料早期喷雾养护方法，不仅简化了早期养护分阶段的繁琐程序，而且为早期的混凝土表层提供了最佳的水化环境，以达到最佳的养护效果。所述水泥基材料早期养护方法为在水泥基材料表面喷雾，使新浇水泥基材料表层的毛细孔负压为0-2kPa，直到水泥基材料脱模为止，所述喷雾是指喷洒雾状的水或减蒸剂溶液。当水泥基材料表层毛细管负压达到1.8-2.0kPa时，开始喷雾；当水泥基材料表层毛细管负压恢复到0.0-0.2kPa时，停止喷雾。本发明从浇筑混凝土开始，实施新浇混凝土的早期喷雾养护，养护时间持续到混凝土脱模为止。整个操作过程简单，提高了混凝土结构抵抗外界有害介质渗透的能力，显著提高混凝土的耐久性。
文档编号E04G21/28GK102116091SQ20111000300
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者刘加平, 王育江, 田倩, 缪昌文, 郭飞 申请人:江苏博特新材料有限公司, 江苏省建筑科学研究院有限公司, 江苏苏博特新材料股份有限公司