对混凝土草袋养护方法的思考与建议
前言
众所周知，混凝土浇筑成型后必须及时进行浇水覆盖保湿养护，以满足混凝土表面维持一定湿润状态的需要，同时，为防止水分的急剧蒸发，表面还应覆盖以塑料薄膜、麻袋片或草袋等材料，但是，只做到这两点还是远远不够。
其实，混凝土的养护，目的之一是要保证混凝土在一定时间内保持潮湿，以满足水泥水化的用水需要；目的之二是保证在不同的温度环境下，使混凝土保持合适的内外温差和其表面与环境的温差，也就是说，混凝土断面及表面与外部环境要保持有合适温度梯度，还要保持合适的升温速率、降温速率及较低的最高温度。因此，传统、习惯的旧有观念和养护方法，随着水泥和混凝土技术的不断发展和进步，必须更新和改变，并应赋于其新的内容。
1混凝土养护的“尽早及时”及持续时间的“足够而适当”
1.1混凝土开始养护的时间应尽早及时
GB50204《混凝土结构工程施工质量验收规范》（以下简称《质量规范》），第7.4.7条第一款规定，应在浇筑完毕后的12h以内对混凝土加以覆盖并保湿养护。此《质量规范》较修订前的GB50204《混凝土结构工程施工及验收规范》（以下简称《规范》）第4.5.1条第一款只有少量的文字变动，但条文基本意义没有改变。其区别只是将原规范的“覆盖和浇水”改为“覆盖并保湿养护”，其意为“保湿养护”除浇水外，还可采取其它方法进行。
从前后两个规范的条文内容可见，其所规定的养护时间只是保湿养护的最迟开始时间，且并没有涉及养护的持续时间及结束时间，只是根据水泥品种或使用功能笼统的规定养护的最少时间。对混凝土的保湿养护，只要能保证在浇筑完毕后的12h以内开始，就可认为满足了规范的要求，12h的时间间隔既包含混凝土的塑性状态，也包含其到达终凝变为固体状态，何时开始养护的可塑性很大。传统习惯的做法是在浇筑完毕后12h左右开始浇水养护，这对于水泥强度等级较低、水泥用量不大、早期水泥水化程度偏低、自收缩可忽略不计或自收缩较小的塑性混凝土而言，可能是适宜的，但对于现代混凝土，就有可能不适宜了。
混凝土的早期开裂是混凝土技术发展和进步带来的新问题。近年来，由于高强度混凝土及高性能混凝土的推广应用，使混凝土所用水泥的强度提高和水泥用量的明显增加，特别是混凝土早期强度的提高、水胶比的减小，使得混凝土的温度变形和自收缩变形显著增加。试验研究及实践证明，混凝土的温度变形和自收缩变形是现代混凝土早期开裂的最主要原因[1~3]。
混凝土自收缩的大小取决于水泥石内部干燥程度、水泥石的弹性模量及徐变系数的大小。混凝土早期，特别是初凝后的1d之内，其弹性模量很低、徐变系数很大，因此内部干燥程度是决定自收缩变形的主要因素。在混凝土初凝前后对其表面进行湿润养护，可使养护水与混凝土中的毛细孔水分连为一体，以供给混凝土内部胶凝材料的水化。然而，随着混凝土中水泥的进一步水化，将促进毛细管孔的细化，当毛细管孔壁阻力超过其内部的表面张力时，水分则不能继续向混凝土内部迁移。由此可见，早期补水而缓解内部干燥，可以很好的抑制混凝土的早期自收缩。开始养护时间越晚，毛细孔管孔的半径便变得越小，补水时要求的外加压力就越大，养护也就越困难。而补水供给一旦停止，混凝土的自干缩收缩变形就有可能促使混凝土开裂[4]。
混凝土的自收缩从其初凝前就已开始，早期发展迅速，1d之内可完成大部分，以后则迅速衰减，最终的收缩可达到（0.025~0.050）×10-3。同时还随混凝土水胶比的减小而增大，并随其温度的提高而增加。此外，随着混凝土强度的不断增长，混凝土开裂时的极限应变则逐渐而明显的下降，由成型后2h的4.0×10-3可下降至6～12h的最低值0.04×10-3。有的研究人员认为达到最低值的时间还可能提前，而这一时间段，即为混凝土开裂的风险期。如果按《质量规范》规定，以传统习惯的浇筑后12h左右开始保湿养护，其时间显然已大大滞后于混凝土开裂的危险期[5]。因此，规范所规定的最迟开始养护时间显然已不适于现代混凝土的要求，很有必要将混凝土开始浇水保湿的时间大大提前。至于提前到何时，因影响因素很多及缺乏足够的试验数据及理论根据，很难有具体结论。但原则上应使混凝土达到足够的初始强度，能承受养护保湿的操作而不损伤混凝土的早期结构。具体一点讲就是在混凝土浇筑完毕后，在初凝前后就应浇水养护，但以不致人为冲坏混凝土表面为限，即做到“尽早及时”。这里要特别强调“尽早”二字，以保证混凝土尽早及时具备充足的补水供给条件，以免发生塑性收缩、自收缩和干燥收缩的共同叠加作用。
1.2混凝土养护持续时间的“足够”及“适可而止”
《质量规范》第7.4.7条第二款和《规范》第4.5.1条第二款都规定，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，浇水养护不得少于7d，对于掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d。这里需要指出的是，规范所规定的时间是浇水保湿养护的最少时间，而没有指出浇水保湿养护的持续时间或终止养护时间。研究分析和实践证明，浇水养护时间过长，并不能保证混凝土性能的持续提高，而且由于水泥水化程度的提高，反而可能使混凝土的不可逆收缩增大；水泥凝胶中如若水泥全部水化，其生成物在使水泥石强度增长的同时，还会使其产生极大的收缩，严重时甚至可引起开裂。正像混凝土中的骨料起稳定体积的作用一样，水泥石中需要有一定数量的未水化水泥颗粒，或掺入一些其它惰性材料来稳定其体积。因此说浇水保湿养护的持续时间并不是越长越好。以盲目延长浇水养护时间作为“加强养护”的做法显然是不可取的。现代混凝土技术对养护时间的要求是在“足够”的同时考虑“适可而止”，以求混凝土强度适时而足够的增长和提高混凝土的抗裂性。
有试验资料表明，标准养护7d和标准养护14d的混凝土，其以后各龄期的干缩值基本相同（如表1所示）。显然，过长时间的保湿养护并不能进一步减小后期的干缩。这是因为在长时间的养护下，混凝土内部生成的水化产物相对增多，反而在一定程度上增加了收缩。
如何决定养护时间的“足够”及“适可而止”，这与混凝土的组成及配合比、环境温度和湿度、养护方法和风速等诸多因素有关。其中，混凝土的水胶比是一重要因素。水胶比小时，虽需及早加强外部补水供给，但浇水保湿养护的持续时间则可以相对缩短一些。反而是水胶比大时，需要的养护时间长一些。这可能与各自渗透性稳定所需时间及渗透性大小（即水分蒸发难易程度及蒸发速度大小）有关。然而，对掺有矿物掺合料粉煤灰的混凝土，情况又不同，当水胶比较小而相对湿度也较小时，因掺入化学反应较慢的粉煤灰，其表面的吸附水很容易蒸发而造成混凝土开裂。粉煤灰的抗裂作用与其强度发展一样，只有在低水胶比下加强浇水保湿养护中才能充分发挥出来。浇水保湿养护的时间不但要延长，而且补水供给必须充分且忌间断；对于掺有缓凝型外加剂及对抗渗性有要求的混凝土，正如《质量规范》要求那样，保湿养护时间应予延长，且不应少于14d。
工程实践表明，降低混凝土的渗透性是提高混凝土耐久性的关键。近些年来，由于高效减水剂以及复合矿物掺合料的广泛应用，使得混凝土的抗渗透性能得到大大的提高，从而对各种侵蚀作用的抵抗能力大大增强。为此，不但要求混凝土的初始抗渗透性能要高，而且要求抗渗性能要稳定，包括不因开裂而失去较高的抗渗透能力。由此可见，必须保证混凝土有足够的浇水保湿时间。表2从渗透性要求的角度出发，列举了掺粉煤灰混凝土为达到稳定渗透性的保湿养护所需的时间[3]。表中所示时间的随意性虽然很大，又没考虑养护温度和湿度等因素的影响，但也可以从中获得启迪和帮助，以供参考。
目前，关于混凝土保湿养护应做到“足够”、“适可而止”方面的研究还甚少，有待今后能够加强研究和总结，以便正确指导混凝土施工。
2混凝土养护的温度控制
2.1混凝土养护阶段的温度与应力的发展
混凝土浇筑成型后，其内部的约束应力和温度随时间发展变化曲线如图1所示[1,2,3,5]。图中的约束应力是温升温降产生的膨胀拉应力或收缩压应力与自收缩应力叠加后的结果。
为方便分析混凝土内部温度、约束应力与时间之间关系，可把混凝土从搅拌开始直至开裂分成五个不同的时间阶段。
（1）第Ⅰ阶段
第Ⅰ阶段为混凝土从开始搅拌到浇筑成型的不长时间，一般为3～6h。此时水泥水化刚刚开始，混凝土处于半流动状态和塑性状态，基本可认为混凝土处于初始浇筑温度T0左右。
（2）第Ⅱ阶段
第Ⅱ阶段为混凝土开始升温至混凝土凝结硬化、内部约束压应力开始产生时的时间t01为止。此阶段混凝土仍处于塑性阶段，内部处于零应力状态。由于混凝土的水化热而使其产生膨胀，待至t01所对应的温度T01时，受到变形约束的混凝土开始产生压应力，t01称为第一零应力时间，T01称为第一零应力温度。这一阶段一般要经过3～6h。
（3）第Ⅲ阶段
第Ⅲ阶段从第一零应力时间t01开始，直至混凝土达到最高温度T3的时间t3为止。此阶段随着水泥水化热的急剧释放，随之温度也急剧上升，混凝土的热膨胀受到约束作用所产生的约束压应力，也从零开始并迅速增大到最大值。从曲线中可以看出，由于混凝土徐变及自收缩的影响，在混凝土达到最高温度T3的时间t3之前，混凝土内部的压应力早已开始下降。在图1中则显示为最高温度T3出现时对应的时间t3，并不与最大压应力产生的时间相对应。
（4）第Ⅳ阶段
第Ⅳ阶段从最高温度T3对应的时间t3开始，直至混凝土内的压应力降至第二零应力温度T02的时间t02为止，T02称为第二零应力温度，t02称为第二零应力时间。此阶段混凝土仍处于受压状态，此阶段以后混凝土则从受压状态转变为受拉状态。但此阶段结束前混凝土仍处于温度很高的第二零应力温度T02以上。
（5）第Ⅴ阶段
第Ⅴ阶段从第二零应力时间t02开始，直至混凝土致裂温度Tc的时间tc为止。若tc时混凝土的约束拉应力已增大至混凝土的实时抗拉强度，混凝土则要开裂。第二零应力温度T02通常高于混凝土的初始浇筑温度T0，致裂温度Tc有时也可能高于初始浇筑温度T0。也就是说，不等到混凝土内部温度回降至初始浇筑温度T0，而在此前便已达到了第二零应力温度T02，也可能不待降回至初始浇筑温度T0，混凝土就早已开裂了。
由于实际工程中所遇情况可能千变万化，上述混凝土内部典型的温度与应力发展曲线，可能与实际工程之间存一定差异，但仍具有指导混凝土养护控制的实际意义。
2.2混凝土各养护阶段的冷却和保温
（1）当混凝土处于第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段时，应对处于半流动状态和塑性状态的混凝土进行冷却处理，以降低混凝土的初始浇筑温度T0及最高温度T3。混凝土的初始浇筑温度是混凝土最高温度的重要组成部分，对于处于半流动状态和塑性状态的第Ⅰ阶段及第Ⅱ阶段的混凝土进行冷却处理，则会在降低最高温度的同时，也相应降低了混凝土的致裂温度，从而提高了混凝土抵抗冷缩开裂的能力。
（2）第Ⅲ阶段的混凝土，此时正处于升温阶段，混凝土内部为受压状态，在此阶段对混凝土也可继续施以上一阶段相同的冷却降温处理，一般还不至于改变整个混凝土断面上的应力受压状态。但是，如果向混凝土表面浇以和环境温度的温差太大的冷水，则可能会使混凝土表面温度急速冷却而造成混凝土断面上的温度梯度骤升，从而引起混凝土“热震”。所以应在混凝土温度处于第一零应力温度T01之前，也就是处于第一零应力时间t01之前尽早降温冷却混凝土。虽然在此第Ⅲ阶段对混凝土冷却降温，也可以相应降低最高温度和致裂温度，但在此升温阶段必须注意防止混凝土内外温差过大和温度梯度的骤升而引起的表面裂缝产生。
这一阶段的浇水养护和冷却降温处理一定要小心谨慎，不可盲动，切忌间断浇水，并在混凝土处于最高温度时不可浇以与环境温差过大的养护水，更不可急剧猛浇，应以小水漫淋为宜。
（3）第Ⅳ阶段和第Ⅴ阶段的混凝土，正处于降温阶段，此时应采取灵活可靠的措施，以“外保温内缓降”的养护原则进行温度控制[6]。
在混凝土降温阶段对其实施保温处理，其目的之一是减少混凝土内部的热量散失，以降低断面上的温度梯度和内外温差；其目的之二是通过延缓混凝土的散热时间，使之能够有效而充分的发挥强度的增长潜力，并使混凝土的松弛和徐变作用得以充分发挥，其内部的拉应力也得以相应减小。与此同时，随混凝土龄期的增长，其抗拉强度明显提高，也可防止和减少混凝土开裂。
混凝土表层的温度梯度是制约混凝土表面裂缝产生的重要原因之一[7]；大气环境温度的升降，影响着混凝土内部断面上温度梯度的大小，而其温度变化的陡缓，也必然影响混凝土表面与大气环境温度之间温度变化的陡缓。工程实践证明，温度变化是混凝土结构的一个非常重要而复杂的荷载，温度梯度的陡缓可以看作是对混凝土“加荷速度”的快慢，从而可对混凝土力学性能产生重大影响。气温骤降可以导致混凝土拉应力和弹性模量的急剧增加，从而使混凝土的极限拉伸值减小[1]。反之，气温缓降可以看作是对混凝土的慢速加荷，可以导致混凝土拉应力和弹性模量比快速加荷时有所减小，从而使混凝土的极限拉伸增加。不论是以内约束为主的结构，还是以外约束为主的混凝土结构，通过外保温内缓降都可避免或减少混凝土的开裂。
综上所述，不论环境温度的高低，也就是说，不论春夏秋冬，是冷是热，混凝土养护的保温处理，不但提高了混凝土表面的温度，还使混凝土内部温度得以缓降，并减小了断面上的温度梯度、内外温差以及混凝土表面与环境大气的温差。为达此目的，工程实践中是以控制混凝土的最高温度、升温速率、降温速率、温度梯度、内外温差以及表面与环境大气温差等技术指标来实现的。通常认为混凝土内外温差一般应不大于25℃，表面与环境大气温差不应大于20℃。我国规范过去也是这样规定的，但一些实际工程中的经验总结及一些技术资料的介绍却提出了与此有些出入的数据：有的认为二者都不应大于20℃，有的则认为二者都不应大于25℃；也有的认为前者不应大于30℃[8]，而后者不应大于15℃；有的还着重指出，表面淋水及拆模引起的瞬时温差不宜超过15℃[8]。工程实践也证明，有的工程混凝土内外温差大于25℃，但混凝土并未开裂，而有的工程内外温差小于20℃，但混凝土却开裂了。再有，每天降温多少的控制指标也不尽相同，有的认为每天降温不应大于3℃[8]，也有的认为不应大于2℃，甚至还有人认为不应大于1.5℃。
上述技术数据之间差异的出现，其实非常正常，尽管有的数据是现行规范规定的，也不应就此对规范提出异议。众所周知，由于混凝土组成材料的随机性和多样性，以及混凝土的非均质性和多相性，再加上施工质量不可避免出现的各种差异，所示技术数据出现某些不同不足为怪，这就需要现场工程技术人员要根据工程所处环境的温度和湿度条件、内约束及外约束情况、工程结构特征及结构类型、混凝土组成材料和配合比的选择、保温保湿养护措施及施工方法等诸多因素综合考虑而进行温度调控。尊重规范而又不苟同条文，灵活运用理论知识和实践经验来指导施工，在不断探索自然规律中寻找其变化规律。
3蓄热法施工的混凝土养护
混凝土冬季施工常常采用蓄热法，即利用对原材料的加热及水泥水化产生的热量，在混凝土浇筑后，通过适当保温来延缓混凝土冷却，使混凝土冷却到0℃以前达到预期要求的强度。蓄热法因具有施工方便、可操作性强等许多优点而被广泛应用。我国行业标准《建筑工程冬季施工规程》（JGJ104）第7.3.1条也明文指出，当室外最低温度不低于-15℃时，地面以下的工程，或表面系数M不大于5m-1的结构，应优先采用蓄热法。然而在实际工程中，技术人员往往不去进行热工计算，即使经过了热工计算，也往往在实际施工中尽可能的采用提高原材料温度的方法，以防止混凝土遭受冻害。这样一来，便变成采用“加热混凝土”来“自身御寒”的施工方法，从而使入模的初始浇筑温度T0大大提高。与此相应，混凝土的最高温度T3、致裂温度Tc和内外温差也随之提高，其结果是给混凝土质量的潜在损害和开裂造成有利条件[1~2]。为此，蓄热法施工应采用低温加热的“低温混凝土”，而废弃“高热混凝土”，并通过保温效果良好的覆盖为主要措施来延缓混凝土的冷却，以使混凝土冷却至0℃以前达到预期要求的强度。所谓“低温混凝土”是指混凝土的初始浇筑温度较低，这就意味着较低的最高温度和致裂温度。同时由于这种混凝土用水量可以减少，也就减小了混凝土的干缩。此外，低温混凝土对于水泥的长期水化、强度和性能发展也有利。因此，低温混凝土既有利于减少温度裂缝的产生，也有利于改善混凝土的潜在质量。由此可见，冬季用蓄热法施工的混凝土，其浇筑初始温度不宜过高，不宜采用过高加热组成材料的方法拌制，除非特别需要，不宜采用“高热混凝土”浇筑。如果确须采用“高热混凝土”施工，也应配以相应的防裂措施。
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