养护温度对混凝土强度的影响
摘要：混凝土的强度影响因素众多，在这些影响因素中，对养护温度的探讨较少，但实际上养护温度的变化直接影响着混凝土早期和后期强度。本文在保证其他因素不便的条件下，改变混凝土的养护温度，对混凝土的强度进行测定，最后得出在温度低于60℃时，养护温度越高，混凝土早期的强度越高；当养护温度高于60℃后，提高温度对于混凝土的早期强度影响不大；同时发现混凝土在4-23℃养护时后期强度较高。
关键词：影响因素；养护温度；早期强度；后期强度】
Abstract: Its curing temperature is the most important reason that influences the strength of concrete, but no much investigation has to be carried out. Actually curing temperature influences early strength of concrete. This research measured the strength of concrete under different curing temperature. The results show that, curing temperature is higher, early strength is higher below 60℃, and enhancement of curing temperature has no influence on early strength above 60℃. Otherwise, post strength of concrete is higher when the curing temperature is between 4 and 23℃.
Keywords: influence factors; curing temperature; early age strength; post strength.
前言
混凝土材料的应用技术在1824年的波特兰水泥发明后得到了迅速发展，在短短的不
到200年间，混凝土已经发展成为当今建筑领域的最主要原材料。具不完全统计，2003年我国混凝土的年产量已经达到20多亿立方米，大量混凝土的使用对混凝土的质量控制提出了严峻的考验，如何保证混凝土在规定的时间内达到强度使用要求，已经成为当前的重要研究课题。
1. 问题的提出
在混凝土施工中，完成浇筑后的主要任务就是混凝土的养护，在施工中往往混凝土浇筑振捣都没有问题，但是过了一段时间之后混凝土的表面出现各种裂缝。这些裂缝的出现大多数是因为混凝土的养护出现了问题。因此，对于如何进行养护，如何控制养护温度以及温度控制在多少最合适，就需要进行试验研究了。
2. 实验研究的目的
通过实验研究，得出在不同的养护温度下，混凝土试块的强度变化曲线，通过分析曲线得出混凝土的最佳养护温度，以及利用曲线指导混凝土施工中的工艺变化。
3.实验的方法与过程
3.1 实验的方法
因为水泥胶砂试件的强度增长与混凝土的强度增长类似，而且水泥胶砂的制作过程容易控制，不会出现过多的外界影响因素，因此在实验中利用水泥胶砂取代混凝土测定强度增长规律。
在实验中，每次同时成型胶砂试件4组，然后将试件统一放置在水泥胶砂恒温恒湿养
护箱中，调节养护温度，当试件龄期达到1d、3d、7d、28d时，将试件取出一组进行抗压、抗折实验记录数据。最后将各温度下所测数据整理并绘出曲线。
3.2 实验仪器
水泥胶砂搅拌机、水泥胶砂振实台、水泥胶砂试模、水泥胶砂恒温恒湿养护箱、电动抗折试验机、抗压试验机等。
3.3 实验步骤
首先，留取一定量三菱P.O42.4R水泥，使用标准砂，按照规范制作水泥胶砂试块。然后将制作好的胶砂试块放入恒温恒湿养护箱，设定养护温度、湿度保持不变。一天后拆模，同时测定一天的抗压、抗折强度值，剩余试块继续养护，等到养护龄期到达3d、7d、28d时，分别取出一组试块进行抗压、抗折试验，记录数据。28d的数据测定完成后，再次制作胶砂试块，改变养护温度继续实验。
3.4 注意事项
① 对留取的水泥试样要进行密封保存，防止因水泥受潮等因素而影响实验结果；
② 使用标准砂做实验，保证砂的质量稳定；
③ 养护期间注意保证养护条件除温度外的一致性。
4.实验的结果
经过实验测得的混凝土在0℃、5℃、10℃等各个温度下1d、3d、7d、28d的强度结果见表1，为了对数据分析方便，我们采用对比折算法对数据进行了处理，即以混凝土在20℃标准条件下养护28天的抗压强度为基准，将各温度、各龄期所测得的抗压强度进行百分率换算，并且将其拟核成曲线（如图1所示）。
表1. 混凝土各温度检测抗压强度值
图1.养护温度对混凝土强度的影响
通过实验数据及拟核曲线图，我们可以看出，养护温度对于混凝土的强度有着极大的影响。特别是对于混凝土的早期强度，从图中可以直观的看出，混凝土1d和3d的强度在测试范围内随着温度的上升而提高。在15℃与40℃之间，混凝土1d和3d的强度呈现出接近直线模式的提高。而在15℃以下与40℃以上，混凝土1d强度随温度的变化不太明显，但三天强度的变化则较明显。此外，混凝土的7d强度在20℃以下时出现随温度的提升而大幅提升的现象。针对测定的结果发现，混凝土不管在何种温度条件下养护，其28天的强度没有出现什么太大的差异，强度值较为集中。
图2.前28天的养护温度对混凝土后期强度
通过查找文献，我们查到了图2，图2为混凝土在不同温度的水中养护至28天，然后在温度为23℃、相对湿度为100％的条件下继续养护，混凝土强度的发展规律。由图可以看出，养护温度高，可以增大初期水化速度，混凝土初期强度较高。但养护温度在4-23℃之间的后期混凝土强度较养护温度在32-49℃之间的高。
5.混凝土强度变化的分析
5.1 混凝土1d、3d强度随温度增长现象的分析
混凝土强度的提升主要原因就是混凝土中硅酸盐水泥水化产物水化二硅酸三钙与骨料形成的黏结固溶体的增长。任何事物的增长都是有一定过程的，同样黏结固溶体的增长也是一个发展的过程。在这个过程中，首先硅酸盐水泥中的硅酸二钙与硅酸三钙需要水化成为水化二硅酸三钙，然后水化二硅酸三钙才能与混凝土中的骨料黏结形成固溶体，最后固溶体凝结成为混凝土。当温度较低时，混凝土中的游离水运动较慢，而硅酸盐水泥中的硅酸二钙与硅酸三钙水化反应需要大量的游离水，在这种矛盾下，水化反应就进行的较慢，所以在15℃以下时，混凝土的1d强度出现明显的偏小现象。反过来，当温度增高时，混凝土中的游离水游动加快，所以在15℃到40℃之间时，混凝土的1d强度随着温度的增长出现明显的增长趋势。但是混凝土中游离水的含量是一定的，当温度达到一定条件后，混凝土中游离水的运动速度已经达到最大，这时决定硅酸盐水泥水化作用的成为了与游离水接触的面积，所以在温度达到40℃以后，混凝土1d的强度没有再出现随着温度增长而快速增长的现象。
5.2 混凝土7d强度差异现象的分析
在图1中可以较容易的看出，混凝土的7d强度出现了较明显的变化，表现为20℃以下时的7d强度变化较大，但是温度超过20℃以后，7d强度的增长在临近的温差下变化不大。这是因为7d的时间累积下来，对于水化速度较慢的低温养护已经出现了较大的水化产物差异，所以宏观表现出来的现象就是7d的抗压强度出现较大的差异。然而，在温差较小时，这种积累的差异不大，所以强度差异也小。
5.3 混凝土28d强度变化的分析
在图1中可以很容易的看出，混凝土的28d强度出现明显的集中现象，这是因为通过28d的水化作用，混凝土中的游离水已经没有了，所以水化后及固溶体含量达到了相差不大的数值，在宏观变现来看就是测定混凝土强度出现集中现象。
5.4 混凝土长期养护强度变化的分析
在图2中可以看出混凝土在4-23℃之间的后期强度较养护在32-49℃之间的高，主要是因为初期养护温度高，急速的初期水化作用会导致水化物的不均匀分布，水化物稠密程度低的区域成为水泥石中的薄弱点，从而降低整体的强度。在养护温度较低的情况下，由于水化缓慢，具有充分的扩散时间，从而使水化物得以在水泥石中均匀分布，后期强度反而更高。
6.实验结果的意义
通过实验的测定，我们总结出混凝土的早期强度随温度的升高而增长较快，但是混凝土的28d强度则与养护的温度关系不大。针对这种测定的结果，我们可以在实际生产中，利用提高混凝土的养护温度技术，提高混凝土的早期强度，以在施工中做到提早拆模，加快施工的速度，缩短工期。在我国的北方，冬季时间较长，在以前我们往往尽量避免冬季施工，通过实验的指导，我们可以在施工中采用保温措施，而且可以适当降低养护的温度，这样既降低了成本，同时对于混凝土的后期强度有利。再者，通过实验我们认识到在夏季的施工中，为了后期的强度考虑，我们应当采取适当的措施来降低养护温度。
通过这个课题的研究，我们对混凝土强度的研究更进了一步，为混凝土的生产与应用提供了可靠的数据作为依据，同时为我们将来更进一步的研究混凝土性能做好了准备。
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