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摘要：本文从混凝土的水泥水化、硬化过程入手，阐述了混凝土需要养护的机理，介绍了几种常用的养护方法。
关键词：混凝土；水化反应；养护方法；养护时间
建筑施工人员都知道，当水泥混凝土结构浇筑完成后，必须进行养护，但至于为什么养护以及怎样进行规范的养护，许多人却一知半解。下面，我们就详细阐述一下水泥混凝土养护的机理和养护方法，以及养护过程中应注意的事项。
水泥混凝土是由水泥、粗骨料、细骨料（必要时掺入化学外加剂和矿物质掺合料）和水按适当比例配合，经搅拌、成型、硬化而成的一种人造石材。其中水泥是胶结体，起胶凝和填充作用。水泥与水发生化学反应，即水化作用，生成具有胶凝作用的水化物，将骨料颗粒紧密粘结在一起，经过凝结、硬化后形成混凝土。水泥主要由石灰质和粘土质原料按约3:1的比例混合烧制而成。原料磨细入窖煅烧成熟料，再加入适量石膏研磨，成为水泥，俗称“两磨一烧”。制成的水泥是细度3~30µm的粉体，主要由硅酸三钙（3CaO•SiO2，简式C3S）（约占37%~60%）、硅酸二钙(2CaO•SiO2，简式C2S)（约占15%~37%）、铝酸三钙(3CaO•Al2O3，简式C3A)（约占7%~15%）、铁铝酸四钙(4CaO•Al2O3•Fe2O3，简式C4AF)（约占10%~18%）4种矿物组成。水泥加水后，其矿物组成很快与水发生水化作用，生成新的化合物。硅酸三钙在常温下水化反应的生成物是水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和氢氧化钙。硅酸二钙水化与硅酸三钙相似，只不过水化速度比较慢，所形成的水化硅酸钙在钙硅比（C/S）和形貌方面与硅酸三钙的水化产物区别不大，故也称为C-S-H凝胶，但其中的氢氧化钙(CH)生成量比较少。铝酸三钙的水化迅速，放热快，其水化产物组成和结构受溶液中CaO、Al2O3离子浓度和温度的影响很大，单独与水反应时先生成不稳定的水化铝酸钙，而后转化为水石榴石（C3AH6）。 在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与石膏（CaSO4•2H2O）掺入量有关，最初形成的三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石，常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝，其水化反应及其产物与C3A很相似。
水化反应所生成的含水硅酸二钙是难溶于水的胶体；含水铝酸三钙、氢氧化钙及含水铁酸钙是能溶于水的化合物。难溶于水的胶体包围着水泥小颗粒的表面，使水泥浆具有一定的粘性和良好的可塑性。随着小颗粒内部继续水化作用，水分逐渐减少，胶体逐渐变稠，使水泥浆逐渐失去塑性，开始凝结。胶体进一步失去水分，同时溶于水的化合物达到饱和后逐渐析出晶体，它贯穿于胶体之中，使水泥浆完全凝结，而开始进入硬化阶段。由于晶体逐渐增多，体积增大，加之胶体进一步紧密，使水泥继续增加强度。
水泥水化作用时，新化合物的生成、溶解、凝结、硬化，是相互交错进行的。如能保持适当的温度和湿度，水泥在几十年内能继续水化作用而提高强度。水泥混凝土在凝结、硬化过程中，由于水泥的水化作用需要大量的水，同时，水泥的水化反应过程会产生大量的水化热，使结构体内部及外表温度升高，未发生反应的水分会蒸发，造成混凝土内的水也会大量减少。水分缺失，水化反应就会减慢或停止，混凝土的强度增长就会变慢或停止。因此保证混凝土内水泥水化所必须的水分，是保证混凝土质量的重要因素。然而我们并不能通过无限制的增加混凝土的拌合用水量来保证水泥水化所需用的水分，因为在水泥混凝土结构中，除水之外，当其它组成物配合比例一定时，强度主要取决于毛细管孔隙率，而充分密实的混凝土的毛细管孔隙率由水灰比所确定。水灰比越大，单位混凝土体积内毛细管孔隙率越大，胶凝体就越少，从而混凝土强度就越低。也就是说，当混凝土混合料能被充分捣实时，混凝土的强度随水灰比的增大而降低。所以形成水化物需要一个最恰当的水量。 当混凝土配合比一定时，保持混凝土含水量的方法就是控制好结构体本身及周围环境的湿度，使其内部的水分不会散发。
混凝土强度增长的速度受很多因素影响，但温度的高低是一项主要因素，这里的温度包括材料的温度及环境的温度。当环境温度较高时，水泥的水化速度就快，水化反应产生水化热，又促进了水化反应。这样，混凝土的强度增长就很快。环境温度低，水化反应就慢，水化反应产生的水化热也少，混凝土的强度增长就慢。实际上根本原因是由于环境温度低，导致混凝土的拌合料温度低，比如砂、石料、拌合水等，从而混凝土的入模温度就低，水化反应相应就慢。所以在冬季，我们可以用加热拌合材料的办法促进水化反应，从而加快混凝土早期强度的增长。只要混凝土中有液相水存在，水化反应就在进行。如果气温极低，混凝土中的大部分水来不及反应就结成固态了，水化反应也就停止了，同时固态水（冰）也会对混凝土产生冻胀危害。有研究表明，环境温度低于―10℃时，水泥的水化反应基本停止。所以混凝土浇筑时的大气温度和浇筑后混凝土本身的温度对于保证混凝土质量也是至关重要的。但同样，对于混凝土来说，环境温度也并不是越高越好。虽然环境温度越高，水泥的水化反应就越快，混凝土的早期强度提高也越快，但混凝土的极限强度却越低。有研究表明，高温养护条件下，水泥的水化速率很快，水化产物来不及均匀扩散，大部分堆积在水泥颗粒周围，导致较为疏松的结构形成，从而使混凝土后期的强度降低。另外，水化反应速度过快，短时间内产生大量的水化热不能顺畅释放，引起其内部急剧升温，产生很大的温度应力，容易产生温度裂缝。一般当气温在10℃―15℃时对混凝土性能最有利。因此，在炎热天气应采取措施控制养护期内混凝土的温度，比如降低混凝土浇筑时的温度（对拌合料及拌合水采取降温措施），或改在晚上气温低时浇筑，并对新浇筑混凝土的暴露面进行覆盖。当采用加热法（如蒸汽养护）养护时，要有技术措施规避不利情况，比如降低水灰比，或掺加硅灰、粉煤灰等。
养护的目的就是是为了保证混凝土早期水泥水化过程能正常进行，包括控制环境的温度和湿度。对于普通混凝土而言，一般要求混凝土在终凝后应立即进行养护。养护方法有自然养护、蒸汽养护、冷养护法、干湿热养护、电极加热养护、红外线养护和太阳能养护等。混凝土养护期间，应重点加强混凝土的湿度和温度控制，尽量减少表面混凝土的暴露时间，及时采用蓬布、塑料布等对混凝土暴露面进行紧密覆盖，防止表面水分蒸发。
当环境温度在5℃―35℃之间时，混凝土可采用自然养护，主要是覆盖、浇水、喷淋、水泡、或表面喷洒养护液。最适宜的方法当然还是覆盖洒水养护。当混凝土浇筑完成后应在初凝后进行覆盖，在终凝后立即浇水养护，并一直保持润湿状态。覆盖可采用麻布、草帘等材料。当日平均气温低于5度时，不再浇水，并按冬季施工措施进行保温。当气温高于35度时，混凝土浇筑完成后要用不透明塑料覆盖，防止裸露的混凝土面被爆嗮。对高性能混凝土、干硬混凝土，浇筑完成后，要立即用塑料布和湿麻袋进行覆盖，以确保水分不散失。但不能直接浇水，不然会毁坏混凝土表面层。养护期间应避免长时间的拆模施工，造成养护的长时间中断。如必须提前拆模，应研究好工艺，尽量缩短拆模时间，保证有效的养护时间。大体积混凝土施工前应制定严格的养护方案，控制混凝土内外温差满足设计要求，一般要求温差不应大于25℃。
自然养护的时间要求:混凝土所用的水泥品种不同、水灰比不同、所处的环境温度不同等等，它所需的的养护时间也不同。大体积混凝土的养护时间不宜小于28d。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 《混凝土结构工程施工及验收规范》规定：混凝土浇水养护的时间，对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d，对掺用缓凝型外加剂、矿物掺合料或有抗渗性要求的混凝土，不得少于14d。《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》规定：钢纤维补偿收缩混凝土应采用蓄水养护或用蓄水性良好的材料覆盖淋水养护，养护时间不得少于14昼夜。《水泥混凝土路面施工技术规范》规定：养生时间应根据混凝土弯拉强度增长情况而定，不宜小于设计弯拉强度的80%，应特别注重前7天的保湿（温）养生。一般养生天数宜为14~21d,高温天不宜少于14d，低温天不宜少于21d。掺粉煤灰的混凝土路面，最短养生时间不宜少于28d，低温天应适当延长。
养生液法：当混凝土结构不具有水养条件时，可采用喷涂薄膜养生液的方法。它是将过氯乙烯树脂料溶液用喷枪喷涂在混凝土表面上，溶液挥发后在混凝土表面形成一层塑料薄膜，将混凝土与空气隔绝，阻止其中水分的蒸发以保证水化作用的正常进行。应注意的是养护液质量要过关，另外喷洒要严密，不要漏喷，再有若以后混凝土表面要进行粉刷作业，应提前查明养生液喷洒后将来是否会自动脱落。
养护膜：混凝土节水保湿养护膜是以新型可控高分子材料为核心，以塑料薄膜为载体，粘附复合而成，高分子材料可吸收自身重量200倍的水分，吸水膨胀后变成透明的晶状体，把液体水变为固态水，然后通过毛细管作用，源源不断地向养护面渗透，同时又不断吸收养护体在混凝土水化热过程中的蒸发水。因此在一个养生期内养护膜能保证养护体面保持湿润，相对湿度大于或等于90%，有效抑制微裂缝，保证工程质量。 作为一种新兴材料，混凝土保湿养护膜被广泛应用于公路、铁路、水利等工程建设各个领域，比如在公路工程中的水泥稳定基层、水泥混凝土面层施工中使用广泛。
塑料薄膜保湿养护：是以塑料薄膜布为覆盖物，使混凝土与空气隔绝开来，水分不再蒸发，水泥靠混凝土中的水分完成水化反应而凝结硬化。需注意的是塑料薄膜布必须覆盖严密，薄膜布内必须有凝结水。
蒸汽养护法充分利用了混凝土的养护机理，提高混凝土的环境温度，充分保证了混凝土环境湿度，使混凝土的早期强度快速提高。蒸汽养护可分静停、升温、恒温、降温四个阶段。（1）混凝土浇筑后必须静置一段时间后才能升温，因为只有当混凝土具有一定的初始强度之后，才具有抵抗蒸养内胀力、减少残余变形的能力。静停期间应保证环境温度不低于5℃，否则应覆盖保温。静置3--6小时后可升温，静置时间可通过有关试验确定。（2）升温速度不宜大于10℃/h，关于升温速度，如果静置时间长，即混凝土的初始强度比较高时，升温速度可快一些;反之则应慢一些。采用快速升温，将会严重破坏混凝土与钢筋的黏结力。在不改变整个蒸养时间的前提下，慢升温、短热养要比快升温、长热养好。升温速度最好根据具体情况通过有关试验确定。（3）恒温期间混凝土内部温度不宜超过60℃，最大不得超过65℃，恒温养护时间应根据结构脱模强度要求、 混凝土配合比情况以及环境条件等通过试验确定。（4）蒸养混凝土在降温过程中，表层降温快，里面降温慢。由于表里间的温差，表层混凝土产生拉应力。当拉应力值超过限值时将产生裂缝。一般降温速度不宜大于10℃/h。
混凝土进行蒸汽养护时，必须整体封闭，养护期间定时测定温度，做好记录。温度不达标，要及时调整。一般恒温时每2小时测一次温度，升、降温时每1小时测一次。蒸汽养护结束后，一般混凝土可室外存放，不必再进行湿养。但当混凝土有较高的抗掺、抗冻要求时，要立即进行洒水或水池内水泡养护，时间不得少于 7天。如果在冬季，气温很低，更应该严格控制静停、恒温时间及升温、降温速度，避免温度骤升骤降造成混凝土内外温差过大。蒸养结束后，应用保温材料覆盖保温，时间不少于14天。
冷养护：混凝土在气温低于5℃生产时（冬季施工），这时的混凝土强度增长很慢。如遇到基础混凝土施工，由于被地下水浸泡，只能采取水浸低温养护。冬季水浸养护最低水位要采取超混凝土最高表面0.4-0.8m加冰层厚，混凝土冻点为-2℃，而冰水临界水温为0℃，冰层下水温一般为4℃，在1~4℃的条件下，水浸养护的混凝土7天可达到设计标号R28的40%，14天可达到50%，90天可满足强度要求。
暖棚法：利用保温材料搭成暖棚，把整个构造物围起来，保证棚内有较高温度，棚内可加热，可以安装蒸汽管，也可直接生火炉提高棚内温度（应有防煤气中毒的措施）。
干湿热养护法：混凝土浇筑成型后，先干燥1小时，强度达到3~4MPa后快速升温，高温养护2.5小时后快速加湿，再高温、高湿养护4~5小时，，强度可达28天强度的70%。这是因为混凝土成型后，在高温低湿的升温期内水分和气体向外迁移，因脱水适宜而产生干缩成为致密的混凝土，避免其在升温高湿时热膨胀的破坏。
太阳能热养护法：在混凝土表面覆盖一层吸热物体，搭设通光集热保温罩进行混凝土养护。
红外线养护法：比较新的办法是使用远红外线加热板，利用远红外辐射向新浇混凝土照射，使混凝土的温度提高，从而在较短的时间内达到预期强度。它最大的优势是节约了能源，减少了烟的排放，从而避免了污染。
混凝土电极加热法：将钢筋、钢板、铁片插入混凝土中，或附于模板上，利用新混凝土导电和电阻大的性能，通过低压电流对混凝土加热。木模用插入式，钢模用附着式。对于附着式电热法，只要线圈间距适宜，不会发生钢模翘曲现象。但加热温度应控制在70℃以内。此法施工过程复杂，电能消耗大，有一定危险性，目前使用较少。
内封闭养护法：内封闭是另一种混凝土养护法，既不需要进行外部养护， 也无需向混凝土额外加水，而是在混凝土的搅拌过程中，加入水溶性化学用品，以降低混凝土硬化过程中的水分蒸发和底层混凝土的水分损失。
混凝土的水化、硬化过程是一个复杂且比较漫长的过程，它的最终成品质量受许多因素影响。虽然现在混凝土的施工技术已经很成熟，但也还有许多难点没有攻克。我们专业人员还应进行深入研究、交流，使混凝土成品质量有更大的提高。
参考文献
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论文作者:荆玉革
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/20
标签：混凝土论文; 水化论文; 水泥论文; 强度论文; 温度论文; 水分论文; 时间论文; 《基层建设》2018年第14期论文;