337 強度增長與溫度有什么關系？

一、養護溫度的影響

水泥水化反應的速率受溫度影響顯著，當溫度升高時，水化速率加快。圖１表示不同養護期溫度混凝土各齡期的強度發展與23℃時發展的相對值。它表明：

（１）早期（１d齡期）的強度發展隨養護溫度升高而提高。

（２）養護溫度低的混凝土后期強度相對較高。與水泥的水化相聯系：溫度高Ｃ—Ｓ—Ｈ凝膠生成快但密實性差，層間結合力較薄弱。最佳溫度，即養護溫度為１３℃的１ａ齡期強度最高。

（３）混凝土在負溫下仍然能水化，到－10℃才中止，但前提是大部分水已經參與水化后才暴露到這樣的低溫下，否則體內自由水結冰膨脹，會破壞尚薄弱的混凝土。水化程度至少相當于產生3.5MPa強度，才足以抵擋膨脹性的破壞作用。

二、水化熱的影響

水泥的水化是放熱反應，進行的速率和程度與溫度密切相關。水化反應的環境存在兩種極端的條件———等溫條件（即放出的熱量迅速散失，保持溫度一定）和絕熱條件（隔熱良好，保持熱量完全不散失）。在絕熱條件下，水化放熱的結果使水泥漿、砂漿或混凝土的溫度升高；反過來加速水化，導致放熱速率進一步加快，從而溫度顯著地升高。圖２表明：由于集料不僅不放熱而且能抑制放熱，所以混凝土要顯著低于硬化水泥漿體的溫升。每立方米混凝土中，平均100kg水泥的水化使溫度升高13℃。

混凝土澆筑后，放出的熱量要直接或通過模板間接散發，因此既不是絕熱條件，也不是等溫條件，而是在二者之間。因此混凝土在澆筑后早期升溫，隨后逐漸冷卻到與環境溫度相同。不同厚度混凝土芯部的溫度隨時間的變化如圖３所示，它表明：厚度在1.5～２ｍ以上的混凝土澆灌后，其芯部在澆筑后開始幾天里近似絕熱狀態，這對性能產生重要影響：

（１）到達溫峰后下降時產生溫度收縮，收縮受約束產生的拉應力可能導致開裂。約束來自周圍，例如配筋（鋼筋混凝土）、基礎下面的土壤或結構表層的混凝土（它向外散失大部分熱量，不會達到同樣的溫峰），約束大小因具體條件而異。

混凝土發生溫降30℃時約產生溫度收縮300×10^－６，若其彈性模量為30GPa，且不計徐變產生的應力松弛，則形成達９MPa的拉應力，超過其抗拉能力而導致開裂?，F今強度等級高的混凝土水泥用量都在500kg/ｍ^３上下，絕熱條件下的溫升可達約65℃。因此，有必要在澆筑尺寸大的混凝土構件時，限制內外最大溫差與延緩溫降，增加模板厚度或覆蓋保溫的方法有時是有益的，更重要的是采用低放熱量的混凝土拌合物，例如使用低熱水泥，多摻粉煤灰或磨細礦渣則是更有效而且經濟的辦法。

在高溫季節澆筑混凝土時，由于各種原材料的初始溫度較高，而且高溫度的拌合物在運輸過程因為水泥水化和太陽輻射熱的作用，會進一步激化上述溫度收縮與開裂問題，因此需要采取通常澆筑大體積混凝土時采用的各種降溫措施，例如對集料預冷、以碎冰代替部分混凝土攪拌用水、噴液氮，以及運輸過程防止直曬、運輸車涂刷白色等，達到盡量降低混凝土澆筑成型后的溫度。

（２）在高環境溫度條件下澆筑時，混凝土在隨后的幾天內就已經大部水化，這將影響其后期圖42.5ｍ厚混凝土中點溫度的變化強度發展。圖４所示為英國巴姆佛斯（Bamforth）的試驗結果。它表明：與澆筑在實際結構物里的純硅酸鹽水泥混凝土相比，摻30％粉煤灰或75％磨細礦渣的，不僅溫升可以顯著降低，溫度收縮和開裂的危險減小，同時后期強度也較高；而純水泥混凝土由于溫升而導致其強度明顯低于20℃標準養護的試件。由于現行規范中評價混凝土強度的試驗方法所局限，使人們難以認識到這個反差，從而使許多工程在選擇原材料與配合比時，不摻或只少量摻用粉煤灰、磨細礦渣礦物摻合料，而混凝土澆筑后拆模時，或者拆模后不久就出現可見裂縫，影響美觀，也影響結構物的使用壽命。

三、溫度匹配養護

Bamforth在上述試驗中，還采用溫度匹配養護（temperature match curing）與標準養護進行比較。該方法是將試件置于與結構物混凝土溫度變化過程相同的條件下養護，依據其強度試驗結果來確定溫度歷程的影響、適宜的拆模時間等，近年來正日益受到廣泛的重視，已在國內外許多工程施工中應用。但對于重要的大型工程，還需要通過混凝土正式澆筑前的試澆筑，來確定可能達到的溫峰與溫度梯度，以及它們對施工操作性能和設計要求的各種長期性能的影響。這是因為任何一種拌合物，在一定的養護條件下會呈現出其獨有的溫度發展歷程。不同養護條件下混凝土強度發展如圖５所示。