養護是混凝土施工過程中非常重要的工序，對硬化混凝土內部和表面性能、體積穩定性以及抵抗凍融破壞及除冰鹽侵蝕的能力，均會產生顯著的影響。
養護周期包括最初的澆筑、振搗、飾面直至混凝土達到設計要求性能的時間過程。在混凝土施工過程中，養護通常在澆筑或飾面后進行。普通環境下，由于其水分蒸發速率相對較慢，這種養護程序比較合理，且易于施行。然而，對于現代混凝土（如泵送混凝土、自密實混凝土、高強混凝土等），由于摻加了高效減水劑和活性細摻料，混凝土流動度大，水分容易從表面蒸發，而混凝土的泌水率又較低，蒸發的水分難以得到及時的補充，因此，混凝土非常容易在澆筑以后、終凝以前發生起皮、開裂現象，嚴重時會影響服役環境下混凝土的耐久性和使用壽命。
對于中國的西北地區，澆筑以后的混凝土多處于大風、光照等嚴酷水分蒸發環境，若采取傳統的單一養護工序，會普遍存在早期開裂問題。
美國混凝土協會《混凝土養護指南》定義了早期養護、中期養護和后期養護3個養護階段。然而，該指南并未給出養護開始時間的科學判據，僅僅依靠施工現場人工觀察，如通過觀察泌水光澤來判斷泌水及混凝土表層干燥情況，但當水分蒸發速率大于泌水速率時，容易造成誤判。
本文介紹了1種基于孔隙負壓（PWP）測試的水泥基材料早期養護方法，可以顯著提高混凝土在嚴酷水分蒸發環境條件下的抗裂性和耐久性。理論基礎及系統簡介。理論基礎由水泥、砂、石等材料和水拌制的混凝土，在澆筑以后直到終凝以前的早期養護階段，暴露于自然環境中，會發生以下變化：（1）由塑性介質（流體）向彈塑性介質（固體）轉變；（2）內部的水分蒸發由平面水（自由水）向曲面水（毛細水）轉變。
在早期養護階段，混凝土中的水分向表層遷移（泌水），而表層的水分逐漸蒸發（干燥）。當泌水速率大于水分的蒸發速率時（見圖1（a）），混凝土表層的水分仍然處于平面水狀態，就像水池中的水，這時的水分蒸發不會在表層引起孔隙負壓。當泌水速率小于水分的蒸發速率時（見圖1（b）），混凝土表層的泌水消失，這時水分的蒸發將在其表層導致孔隙負壓，而孔隙負壓的增長被普遍認為是引起塑性裂縫的微觀驅動力。一旦孔隙負壓增長到一定程度，會使宏觀收縮應力超過混凝土表層的抗拉強度，從而引發開裂。
因此，實時監測混凝土表層孔隙負壓的變化，并將其控制在一定的范圍，可有效控制塑性裂縫的發生。另一方面，過早實施早期養護不僅沒有必要，而且還會損害表層混凝土的性能。所以監測孔隙負壓的產生，可以避免過早的早期養護?？紫敦搲旱臏y試原理孔隙負壓自動測試系統由陶瓷頭、腔體、集氣室、計算機采集系統等部件組成。
陶瓷頭是儀器的感應部件，具有許多微小的孔隙，被水浸潤后，在孔隙中形成一層水膜，當孔隙全部充水后，表面張力使水通過陶瓷頭。將充滿水且密封的陶瓷頭插入水泥砂漿，陶瓷頭中的水膜與水泥砂漿中的水分連接，以達到最初的平衡。
當泌水速率小于水分的蒸發速率時，水泥砂漿表層水分呈不飽和狀態（即干燥開始），與儀器中的水勢不相等，水便由水勢高處通過陶瓷頭向水勢低處流動，直至兩個系統的水勢平衡為止。因為儀器是密封的，在儀器中便產生真空度或吸力，這就是水泥砂漿的孔隙負壓?？紫敦搲旱漠a生意味著水泥砂漿干燥開始。
本文采用的孔隙負壓測試設備由傳感器、孔隙負壓數據采集儀、GSM信號接收中心和計算機處理系統構成，其中陶瓷頭的內徑為2mm,外徑為6mm.
試驗。
原材料及配合比膠凝材料：采用江南-小野田水泥有限公司生產的P·Ⅱ52.5硅酸鹽水泥，南京熱電廠Ⅰ級粉煤灰，江南S95級磨細礦粉，挪威Elken公司生產的微硅灰粉。
集料：細集料為河砂，表觀密度為2.63g/cm3,細度模數為2.60;粗集料為5~20mm連續級配的玄武巖。外加劑：江蘇博特新材料有限公司公司生產的JM-PCA聚羧酸高效減水劑和Ereducer201型混凝土養護劑?；炷僚浜媳热绫?所示。通過調整減水劑摻量使混凝土坍落度達到180mm以上。試驗方法?；炷了苄蚤_裂試驗采用如圖2所示的平板試驗裝置來評價混凝土早期養護對于塑性開裂的影響。
平板四周的約束模具按照CCES-01《混凝土結構耐久性設計與施工指南》進行設計，中心的應力誘導裝置參照ASTMC1579-06設計?；炷翝仓尚鸵院?，立即放入溫度（t）為（38±2）℃，相對濕度（RH）為（30±5）%的實驗室中，并通過調節碘鎢燈（1000W）和試件表面距離（H）及風扇風速（S）來調節水分的蒸發速率（v）。
混凝土塑性開裂試驗的環境條件
如表3所示，其中水分蒸發速率測試方法如下：將直徑和高度均為（10±1）cm的塑料容器和水預先放入表3所示的溫、濕度環境中，使其溫度和環境達到平衡，之后將水注入塑料容器，調節碘鎢燈和水面的距離及風扇風速，測量注水塑料容器初重，在1.5h內，每15min稱重1次，通過時間和水分蒸發量之間的線性關系求得水分蒸發速率。
本文使用圖像分析軟件對混凝土表面裂縫的寬度和面積進行統計分析。早期養護方法早期養護方法的關鍵在于起始養護時間的選取。文獻表明，水泥基材料發生橫線塑性收縮所對應的孔隙負壓閾值約為2kPa;文獻表明，水泥基材料（未考慮硅灰影響）的進氣值為20~60kPa（孔隙負壓超過進氣值時水泥基材料開裂風險顯著增大）；而本文試驗表明，不采取養護措施的摻硅灰混凝土試件發生塑性開裂時所對應的孔隙負壓值為9~20kPa.
基于此，本文選取孔隙負壓閾值為2kPa作為混凝土表面變干、開始進行早期養護的依據。以表層孔隙負壓達到2kPa開始的早期養護方法如表4所示，其中：F表示噴霧養護；PF表示覆蓋薄膜養護；P表示蓄水養護；CC表示噴涂養護劑養護；F-CC,F-PF和F-P表示混凝土初凝之前采取噴霧養護，初凝之后分別采取噴涂養護劑、覆蓋薄膜及蓄水的組合養護。
混凝土耐久性試驗參照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》，采取電通量法及碳化試驗評價混凝土試件的耐久性。電通量試驗中，切取試件（101×200mm）表層25mm厚的部分用于測試，并將測試電壓由標準中的60V降至30V.試驗結果與討論。早期養護方法對塑性開裂的影響早期養護方法對混凝土塑性開裂的影響如表5所示。試件表層及底部孔隙負壓變化曲線如圖3所示。
從表5可以看出，暴露于水分蒸發速率為1.31~2.64kg/（m2·h-1）環境條件下的試件，如不采取早期養護措施，塑性開裂現象非常明顯，其初裂出現時間均在1h之內，而且，隨著膠凝材料用量、混凝土流動性及水分蒸發速率的增加，初裂出現時間提前；在孔隙負壓達到或超過設定的閾值（2kPa）后采取適當的早期養護措施，試件均未出現開裂現象。
這說明以2kPa為孔隙負壓的控制閾值，可以很好地抑制摻硅灰高性能混凝土的塑性開裂。盡管本文在孔隙負壓達到2kPa時所采取的早期養護方法均可以很好地避免塑性開裂，但不同早期養護方法下孔隙負壓的變化曲線不盡相同。
如圖3所示，在孔隙負壓閾值以后采取覆蓋薄膜或噴涂養護劑進行早期養護的混凝土，其表層和底部的孔隙負壓發展相似（見圖3（c），（d）），這2種早期養護方法都可以延長孔隙負壓的誘導期，使表層和底部的孔隙負壓曲線接近。
可以推斷，采取上述2種早期養護方法可以有效地降低混凝土表層的水分蒸發速率，并保證不同深度的混凝土水化更為均勻。采取噴霧進行早期養護的混凝土試件，其孔隙負壓的變化曲線和上述2種早期養護方法的孔隙負壓曲線區別較大（見圖3（a），（b），（e），（f）所示）。
一旦噴霧開始，試件表層孔隙負壓迅速降低至0,當噴霧至其表層的水分被蒸發殆盡時，表層的孔隙負壓又再次上升。試驗發現，當試件表層的孔隙負壓達到2kPa時開始噴霧，降至0時停止噴霧，如此反復，始終將表層的孔隙負壓控制在0~2kPa,而試件底部第4期田倩，等：一種基于孔隙負壓測試的混凝土早期養護方法的孔隙負壓變化幾乎不受噴霧的影響。
早期養護方法對混凝土耐久性的影響圖4為2種早期養護制度下混凝土28d的碳化深度，其中C-1表示在E1條件下暴露12h,然后移入標準養護室養護至90d的試件；C-2表示在混凝土表層孔隙負壓達到閾值以后直接移入標準養護室養護90d的試件。
由圖4可以看出，2種早期養護方法導致的混凝土耐久性差異非常顯著。C-2的碳化深度約為2mm,C-1的碳化深度約為8~12mm,其中摻硅灰混凝土（C520）的碳化深度差異更大。
試驗表明，早期外部惡劣環境對混凝土暴露面造成的劣化很難通過后期持續的濕養予以消除，除了避免塑性開裂外，早期養護方法對其耐久性的影響也至關重要。圖42種養護制度下混凝土28d碳化深度。圖5為不同早期養護方法對混凝土滲透性的影響。
混凝土滲透性試驗試件為C520,暴露條件為E1,早期養護方法如表4所示，持續時間為8h,早圖5不同早期養護方法對混凝土滲透性的影響養護結束后將試件移入標準養護室養護3d.
圖5表明：在混凝土表層孔隙負壓達到閾值以后采取噴霧、覆膜及噴涂養護劑這3種早期養護方法均可顯著降低電通量和28d碳化深度，相對于不采取早期養護措施的試件，其電通量和28d碳化深度分別降低了23%~45%,50%~54%.
由于試驗中混凝土成型模具所產生的約束較小，即使未采取任何早期養護措施的試件表面也不存在宏觀塑性裂縫，因此可以推斷，在本文試驗的水分蒸發條件下，如果采用約束條件誘導塑性開裂，則早期養護方法對混凝土耐久性的提升作用將更為明顯。
從圖5還可以看出，采取早期噴霧養護的混凝土試件，其電通量和28d碳化深度均最小，表明早期采取噴霧養護的養護效果優于其他幾種早期養護方法。
這主要由于采取噴霧的早期養護方法可以將表層混凝土的孔隙負壓控制在閾值以內，從而提供了更好的水泥水化所需的濕度環境，同時也抑制了表層混凝土的自干燥效應，減少了微裂紋的產生。
結論
（1）早期嚴酷的水分蒸發條件對混凝土暴露面造成的劣化很難通過后期持續濕養予以消除，除了避免塑性開裂外，早期養護方法對混凝土耐久性的影響至關重要。
（2）以孔隙負壓達到2kPa為控制閾值，并采取早期養護方法，不僅可以有效避免在嚴酷的水分蒸發條件下摻硅灰混凝土的塑性開裂，而且能夠顯著提高其耐久性。
（3）相比較而言，噴霧養護方法對于提升表層混凝土耐久性具有較好的效果。
養護周期包括最初的澆筑、振搗、飾面直至混凝土達到設計要求性能的時間過程。在混凝土施工過程中，養護通常在澆筑或飾面后進行。普通環境下，由于其水分蒸發速率相對較慢，這種養護程序比較合理，且易于施行。然而，對于現代混凝土（如泵送混凝土、自密實混凝土、高強混凝土等），由于摻加了高效減水劑和活性細摻料，混凝土流動度大，水分容易從表面蒸發，而混凝土的泌水率又較低，蒸發的水分難以得到及時的補充，因此，混凝土非常容易在澆筑以后、終凝以前發生起皮、開裂現象，嚴重時會影響服役環境下混凝土的耐久性和使用壽命。
對于中國的西北地區，澆筑以后的混凝土多處于大風、光照等嚴酷水分蒸發環境，若采取傳統的單一養護工序，會普遍存在早期開裂問題。
美國混凝土協會《混凝土養護指南》定義了早期養護、中期養護和后期養護3個養護階段。然而，該指南并未給出養護開始時間的科學判據，僅僅依靠施工現場人工觀察，如通過觀察泌水光澤來判斷泌水及混凝土表層干燥情況，但當水分蒸發速率大于泌水速率時，容易造成誤判。
本文介紹了1種基于孔隙負壓（PWP）測試的水泥基材料早期養護方法，可以顯著提高混凝土在嚴酷水分蒸發環境條件下的抗裂性和耐久性。理論基礎及系統簡介。理論基礎由水泥、砂、石等材料和水拌制的混凝土，在澆筑以后直到終凝以前的早期養護階段，暴露于自然環境中，會發生以下變化：（1）由塑性介質（流體）向彈塑性介質（固體）轉變；（2）內部的水分蒸發由平面水（自由水）向曲面水（毛細水）轉變。
在早期養護階段，混凝土中的水分向表層遷移（泌水），而表層的水分逐漸蒸發（干燥）。當泌水速率大于水分的蒸發速率時（見圖1（a）），混凝土表層的水分仍然處于平面水狀態，就像水池中的水，這時的水分蒸發不會在表層引起孔隙負壓。當泌水速率小于水分的蒸發速率時（見圖1（b）），混凝土表層的泌水消失，這時水分的蒸發將在其表層導致孔隙負壓，而孔隙負壓的增長被普遍認為是引起塑性裂縫的微觀驅動力。一旦孔隙負壓增長到一定程度，會使宏觀收縮應力超過混凝土表層的抗拉強度，從而引發開裂。
因此，實時監測混凝土表層孔隙負壓的變化，并將其控制在一定的范圍，可有效控制塑性裂縫的發生。另一方面，過早實施早期養護不僅沒有必要，而且還會損害表層混凝土的性能。所以監測孔隙負壓的產生，可以避免過早的早期養護?？紫敦搲旱臏y試原理孔隙負壓自動測試系統由陶瓷頭、腔體、集氣室、計算機采集系統等部件組成。
陶瓷頭是儀器的感應部件，具有許多微小的孔隙，被水浸潤后，在孔隙中形成一層水膜，當孔隙全部充水后，表面張力使水通過陶瓷頭。將充滿水且密封的陶瓷頭插入水泥砂漿，陶瓷頭中的水膜與水泥砂漿中的水分連接，以達到最初的平衡。
當泌水速率小于水分的蒸發速率時，水泥砂漿表層水分呈不飽和狀態（即干燥開始），與儀器中的水勢不相等，水便由水勢高處通過陶瓷頭向水勢低處流動，直至兩個系統的水勢平衡為止。因為儀器是密封的，在儀器中便產生真空度或吸力，這就是水泥砂漿的孔隙負壓?？紫敦搲旱漠a生意味著水泥砂漿干燥開始。
本文采用的孔隙負壓測試設備由傳感器、孔隙負壓數據采集儀、GSM信號接收中心和計算機處理系統構成，其中陶瓷頭的內徑為2mm,外徑為6mm.
試驗。
原材料及配合比膠凝材料：采用江南-小野田水泥有限公司生產的P·Ⅱ52.5硅酸鹽水泥，南京熱電廠Ⅰ級粉煤灰，江南S95級磨細礦粉，挪威Elken公司生產的微硅灰粉。
集料：細集料為河砂，表觀密度為2.63g/cm3,細度模數為2.60;粗集料為5~20mm連續級配的玄武巖。外加劑：江蘇博特新材料有限公司公司生產的JM-PCA聚羧酸高效減水劑和Ereducer201型混凝土養護劑?；炷僚浜媳热绫?所示。通過調整減水劑摻量使混凝土坍落度達到180mm以上。試驗方法?；炷了苄蚤_裂試驗采用如圖2所示的平板試驗裝置來評價混凝土早期養護對于塑性開裂的影響。
平板四周的約束模具按照CCES-01《混凝土結構耐久性設計與施工指南》進行設計，中心的應力誘導裝置參照ASTMC1579-06設計?；炷翝仓尚鸵院?，立即放入溫度（t）為（38±2）℃，相對濕度（RH）為（30±5）%的實驗室中，并通過調節碘鎢燈（1000W）和試件表面距離（H）及風扇風速（S）來調節水分的蒸發速率（v）。
混凝土塑性開裂試驗的環境條件
如表3所示，其中水分蒸發速率測試方法如下：將直徑和高度均為（10±1）cm的塑料容器和水預先放入表3所示的溫、濕度環境中，使其溫度和環境達到平衡，之后將水注入塑料容器，調節碘鎢燈和水面的距離及風扇風速，測量注水塑料容器初重，在1.5h內，每15min稱重1次，通過時間和水分蒸發量之間的線性關系求得水分蒸發速率。
本文使用圖像分析軟件對混凝土表面裂縫的寬度和面積進行統計分析。早期養護方法早期養護方法的關鍵在于起始養護時間的選取。文獻表明，水泥基材料發生橫線塑性收縮所對應的孔隙負壓閾值約為2kPa;文獻表明，水泥基材料（未考慮硅灰影響）的進氣值為20~60kPa（孔隙負壓超過進氣值時水泥基材料開裂風險顯著增大）；而本文試驗表明，不采取養護措施的摻硅灰混凝土試件發生塑性開裂時所對應的孔隙負壓值為9~20kPa.
基于此，本文選取孔隙負壓閾值為2kPa作為混凝土表面變干、開始進行早期養護的依據。以表層孔隙負壓達到2kPa開始的早期養護方法如表4所示，其中：F表示噴霧養護；PF表示覆蓋薄膜養護；P表示蓄水養護；CC表示噴涂養護劑養護；F-CC,F-PF和F-P表示混凝土初凝之前采取噴霧養護，初凝之后分別采取噴涂養護劑、覆蓋薄膜及蓄水的組合養護。
混凝土耐久性試驗參照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》，采取電通量法及碳化試驗評價混凝土試件的耐久性。電通量試驗中，切取試件（101×200mm）表層25mm厚的部分用于測試，并將測試電壓由標準中的60V降至30V.試驗結果與討論。早期養護方法對塑性開裂的影響早期養護方法對混凝土塑性開裂的影響如表5所示。試件表層及底部孔隙負壓變化曲線如圖3所示。
從表5可以看出，暴露于水分蒸發速率為1.31~2.64kg/（m2·h-1）環境條件下的試件，如不采取早期養護措施，塑性開裂現象非常明顯，其初裂出現時間均在1h之內，而且，隨著膠凝材料用量、混凝土流動性及水分蒸發速率的增加，初裂出現時間提前；在孔隙負壓達到或超過設定的閾值（2kPa）后采取適當的早期養護措施，試件均未出現開裂現象。
這說明以2kPa為孔隙負壓的控制閾值，可以很好地抑制摻硅灰高性能混凝土的塑性開裂。盡管本文在孔隙負壓達到2kPa時所采取的早期養護方法均可以很好地避免塑性開裂，但不同早期養護方法下孔隙負壓的變化曲線不盡相同。
如圖3所示，在孔隙負壓閾值以后采取覆蓋薄膜或噴涂養護劑進行早期養護的混凝土，其表層和底部的孔隙負壓發展相似（見圖3（c），（d）），這2種早期養護方法都可以延長孔隙負壓的誘導期，使表層和底部的孔隙負壓曲線接近。
可以推斷，采取上述2種早期養護方法可以有效地降低混凝土表層的水分蒸發速率，并保證不同深度的混凝土水化更為均勻。采取噴霧進行早期養護的混凝土試件，其孔隙負壓的變化曲線和上述2種早期養護方法的孔隙負壓曲線區別較大（見圖3（a），（b），（e），（f）所示）。
一旦噴霧開始，試件表層孔隙負壓迅速降低至0,當噴霧至其表層的水分被蒸發殆盡時，表層的孔隙負壓又再次上升。試驗發現，當試件表層的孔隙負壓達到2kPa時開始噴霧，降至0時停止噴霧，如此反復，始終將表層的孔隙負壓控制在0~2kPa,而試件底部第4期田倩，等：一種基于孔隙負壓測試的混凝土早期養護方法的孔隙負壓變化幾乎不受噴霧的影響。
早期養護方法對混凝土耐久性的影響圖4為2種早期養護制度下混凝土28d的碳化深度，其中C-1表示在E1條件下暴露12h,然后移入標準養護室養護至90d的試件；C-2表示在混凝土表層孔隙負壓達到閾值以后直接移入標準養護室養護90d的試件。
由圖4可以看出，2種早期養護方法導致的混凝土耐久性差異非常顯著。C-2的碳化深度約為2mm,C-1的碳化深度約為8~12mm,其中摻硅灰混凝土（C520）的碳化深度差異更大。
試驗表明，早期外部惡劣環境對混凝土暴露面造成的劣化很難通過后期持續的濕養予以消除，除了避免塑性開裂外，早期養護方法對其耐久性的影響也至關重要。圖42種養護制度下混凝土28d碳化深度。圖5為不同早期養護方法對混凝土滲透性的影響。
混凝土滲透性試驗試件為C520,暴露條件為E1,早期養護方法如表4所示，持續時間為8h,早圖5不同早期養護方法對混凝土滲透性的影響養護結束后將試件移入標準養護室養護3d.
圖5表明：在混凝土表層孔隙負壓達到閾值以后采取噴霧、覆膜及噴涂養護劑這3種早期養護方法均可顯著降低電通量和28d碳化深度，相對于不采取早期養護措施的試件，其電通量和28d碳化深度分別降低了23%~45%,50%~54%.
由于試驗中混凝土成型模具所產生的約束較小，即使未采取任何早期養護措施的試件表面也不存在宏觀塑性裂縫，因此可以推斷，在本文試驗的水分蒸發條件下，如果采用約束條件誘導塑性開裂，則早期養護方法對混凝土耐久性的提升作用將更為明顯。
從圖5還可以看出，采取早期噴霧養護的混凝土試件，其電通量和28d碳化深度均最小，表明早期采取噴霧養護的養護效果優于其他幾種早期養護方法。
這主要由于采取噴霧的早期養護方法可以將表層混凝土的孔隙負壓控制在閾值以內，從而提供了更好的水泥水化所需的濕度環境，同時也抑制了表層混凝土的自干燥效應，減少了微裂紋的產生。
結論
（1）早期嚴酷的水分蒸發條件對混凝土暴露面造成的劣化很難通過后期持續濕養予以消除，除了避免塑性開裂外，早期養護方法對混凝土耐久性的影響至關重要。
（2）以孔隙負壓達到2kPa為控制閾值，并采取早期養護方法，不僅可以有效避免在嚴酷的水分蒸發條件下摻硅灰混凝土的塑性開裂，而且能夠顯著提高其耐久性。
（3）相比較而言，噴霧養護方法對于提升表層混凝土耐久性具有較好的效果。
