低溫(3 ℃)下高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)及其水化程度研究

段　運(yùn)，王起才，張戎令，陳　川，張少華

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州　730070)

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低溫(3 ℃)下高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)及其水化程度研究

段運(yùn)，王起才，張戎令，陳川，張少華

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州730070)

試驗(yàn)研究了低溫(3 ℃)養(yǎng)護(hù)條件、水膠比、齡期對(duì)水泥水化程度和混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，以及水化程度與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)分析水泥水化反應(yīng)機(jī)理、水化程度和混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素，得出低溫(3 ℃)對(duì)水化程度和混凝土抗壓強(qiáng)度有明顯的抑制作用，前7 d內(nèi)影響最明顯，隨著齡期的增加影響逐漸減弱；對(duì)水泥水化程度的影響是一個(gè)連鎖影響，影響程度大；對(duì)低水膠比混凝土抗壓強(qiáng)度影響時(shí)期較長(zhǎng)，高水膠比混凝土抗壓強(qiáng)度影響時(shí)期較短；三種水膠比混凝土28 d抗壓強(qiáng)度損失為3.2%～6.2%，低溫(3 ℃)延遲了三種水膠比混凝土達(dá)到其設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度的時(shí)間，且隨水膠比減小而增長(zhǎng)；水化程度和混凝土抗壓強(qiáng)度有著共同的影響因素且兩者隨齡期的變化規(guī)律有很好的一致性，因此可以用水化程度來(lái)反映混凝土抗壓強(qiáng)度的變化。

低溫； 水膠比； 水化程度； 抗壓強(qiáng)度

1　引　言

我國(guó)北方大部分地區(qū)進(jìn)入冬期時(shí)間較早且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，為使建筑工程盡早完工使用，經(jīng)常需在冬期進(jìn)行施工建設(shè)，但混凝土結(jié)構(gòu)在冬期施工中容易出現(xiàn)強(qiáng)度不足、裂縫過(guò)多等質(zhì)量隱患，進(jìn)而影響建筑物的安全性及耐久性。建筑工程冬期施工規(guī)范JGJ/T104-2011[1]中規(guī)定，當(dāng)室外日平均氣溫連續(xù)5 d低于5 ℃時(shí)，即進(jìn)入冬期施工，且明確規(guī)定，凡進(jìn)行冬期施工的工程項(xiàng)目，需編制冬期施工專項(xiàng)方案。目前混凝土冬期施工中，為了防止混凝土早期凝固時(shí)被凍壞，保證其后期強(qiáng)度，一般需要在施工和養(yǎng)生階段采取一些措施，例如加熱原材料、采用特殊養(yǎng)護(hù)方式以及摻加外加劑等，但這些措施不僅會(huì)增加施工難度，延緩施工進(jìn)度，同時(shí)也會(huì)改變混凝土的一些性能，影響工程質(zhì)量。張潤(rùn)瀟等[2]研究了恒定低溫(0～20 ℃)條件下C30混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律,劉潤(rùn)清等[3]研究了低溫混凝土早期內(nèi)部水化產(chǎn)物和水化結(jié)構(gòu)，王傳星等[4]對(duì)已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的同等級(jí)混凝土在不同低溫環(huán)境下的強(qiáng)度變化情況進(jìn)行了研究，劉軍等[5]對(duì)自然變低溫養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的強(qiáng)度及抗凍性能進(jìn)行了研究,而以溫度和齡期作為變量，對(duì)普通與高強(qiáng)混凝土在低溫養(yǎng)護(hù)下的強(qiáng)度損失率以及10～50 ℃范圍內(nèi)養(yǎng)護(hù)溫度和齡期對(duì)混凝土強(qiáng)度影響的研究?jī)H限于Husem[6]、Kim[7]等學(xué)者所做的試驗(yàn)，關(guān)于高強(qiáng)混凝土在5 ℃以下養(yǎng)護(hù)條件下的水化特性和強(qiáng)度變化規(guī)律研究很少。本試驗(yàn)結(jié)合北方冬期施工條件，對(duì)低溫(3 ℃)下水泥水化特性和混凝土抗壓強(qiáng)度定量化分析，確定低溫(3 ℃)環(huán)境下不同水膠比水泥凈漿水化程度和混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期變化的增長(zhǎng)規(guī)律，以及水泥水化程度和混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)之間的內(nèi)在關(guān)系，進(jìn)而為冬期施工區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。

2　試　驗(yàn)

2.1試驗(yàn)方法

恒定低溫環(huán)境下水泥凈漿水化熱試驗(yàn)采用國(guó)標(biāo)GB/T 12959-2008[8]中的直接法。目前我國(guó)使用的水泥水化熱的測(cè)定方法有直接法與溶解熱法。直接法原理是：將恒溫瓶放置在恒定的低溫環(huán)境中，用測(cè)溫元件測(cè)定恒溫瓶?jī)?nèi)冰和水泥漿體以及恒溫瓶?jī)?nèi)外空氣溫度隨齡期的變化值，通過(guò)計(jì)算不同齡期下恒溫瓶?jī)?nèi)冰吸收的熱量和恒溫瓶?jī)?nèi)外交換的熱量來(lái)推算不同齡期下的水泥水化熱量。

持續(xù)低溫養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)依據(jù)GB/T 50081-2002[9]對(duì)不同齡期下混凝土立方體抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。試驗(yàn)設(shè)計(jì)養(yǎng)護(hù)溫度為3 ℃和20 ℃，齡期為3、7、14、28、56 d，其中20 ℃試驗(yàn)組為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)。

2.2試驗(yàn)儀器和原材料

2.2.1試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器：環(huán)境模擬箱、標(biāo)養(yǎng)室、恒溫控制瓶、溫度自動(dòng)巡檢儀、鉑電阻溫度傳感器、壓力試驗(yàn)機(jī)等。

圖1　壓力試驗(yàn)機(jī)Fig.1　Compression testing machine

圖2　恒溫控制瓶Fig.2　Constant temperature vacuum flask

2.2.2試驗(yàn)原材料

兩個(gè)試驗(yàn)中水泥都采用P·O 42.5的普通硅酸鹽水泥，由蘭州甘草水泥集團(tuán)生產(chǎn)。水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1，配合比見(jiàn)表2。

表1　P·O 42.5級(jí)硅酸鹽水泥性能指標(biāo)

細(xì)骨料：河砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，屬于中砂，表觀密度2640 kg/m3，松散堆積密度1630 kg/m3，緊密堆積密度1780 kg/m3，含泥量3.4%。

粗骨料：碎石，連續(xù)級(jí)配，粒徑范圍5～26.5 mm，表觀密度2800 kg/m3，壓碎指標(biāo)6.7%。

減水劑：聚羧酸高性能減水劑。

表2　混凝土配合比

2.3試驗(yàn)方案與步驟

2.3.1試驗(yàn)方案

恒定低溫環(huán)境下水泥凈漿水化熱試驗(yàn)分為Q1、Q2、Q3三組，各組水泥用量均為1 kg。水泥凈漿的入模溫度控制在3 ℃，恒溫瓶?jī)?nèi)水泥凈漿初始水化溫度控制在(3±1) ℃，其中Q1、Q2、Q3三組的水泥凈漿的水膠比分別為0.24、0.31、0.38。

持續(xù)低溫養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)F1、F2、F3、F4、F5、F6六組。前三組F1、F2、F3水膠比分別為0.24、0.31、0.38，入模溫度控制在18 ℃，養(yǎng)護(hù)溫度控制在(3±1) ℃，養(yǎng)護(hù)濕度控制在95%。后三組F4、F5、F6的水膠比分別為0.24、0.31、0.38，入模溫度控制在18 ℃，養(yǎng)護(hù)溫度控制在(20±1) ℃，養(yǎng)護(hù)濕度控制在95%?；炷劣蓪I(yè)混凝土攪拌機(jī)一次攪拌完成，試塊尺寸大小為100 mm×100 mm×100 mm，試模水平放置后灌入混凝土，經(jīng)振動(dòng)臺(tái)振搗60 s后抹平表面。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的混凝土試塊先在室內(nèi)(1 d內(nèi)平均氣溫為18 ℃)帶模保水養(yǎng)護(hù)1 d，然后脫模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；低溫養(yǎng)護(hù)條件下的試塊放入環(huán)境模擬箱中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)過(guò)程采取保水措施，防止混凝土內(nèi)大量水分散失到空氣中。

2.3.2試驗(yàn)步驟

恒定低溫環(huán)境下水泥凈漿水化熱試驗(yàn)前根據(jù)GB/T 12959-22008規(guī)范測(cè)定每組恒溫瓶的散熱常數(shù)K(J/(h·℃))，確保所有恒溫瓶的散熱常數(shù)在恒定的范圍內(nèi)，再根據(jù)規(guī)范計(jì)算出每個(gè)恒溫瓶的總的熱容量CP(J/℃)。水泥凈漿攪拌均勻后灌入恒溫瓶中，用自動(dòng)巡檢儀測(cè)定Q1、Q2、Q3三組恒溫瓶?jī)?nèi)冰和水泥漿體以及恒溫瓶?jī)?nèi)外空氣溫度隨齡期的變化值，計(jì)算不同齡期下恒溫瓶?jī)?nèi)冰吸收的熱量和恒溫瓶?jī)?nèi)外交換的熱量來(lái)得到不同齡期下的水泥水化熱量。

Qτ=CP(Tτ-T0)+K∑S0～τ

(1)

式中：Qτ-τ齡期內(nèi)水泥水化放出的總熱量,J；CP-澆注完成后的恒溫瓶總熱容量,J/℃；Tτ-τ時(shí)刻的水泥水化溫度,℃；T0-水泥水化的初始溫度,℃；K-恒溫瓶的散熱常數(shù),J/(h·℃);S0～τ-0～τ時(shí)間內(nèi)恒溫瓶?jī)?nèi)外溫度曲線之間的面積,h·℃。

持續(xù)低溫養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)依據(jù)GB/T 50081-2002對(duì)混凝土3 d、7 d、14 d、28 d、56 d的立方體抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。

3　結(jié)果與討論

3.1恒定低溫環(huán)境下水泥水化熱量計(jì)算及分析

試驗(yàn)采用普通硅酸鹽水泥，1 kg水泥完全水化放出的熱量Qmax為425～460 kJ[10]，依據(jù)公式(1)計(jì)算出三種水膠比水泥凈漿在不同齡期下的水化放熱量。

水泥的水化程度[11]定義為下式：

(2)

式中：Qτ-τ齡期內(nèi)1 kg水泥水化放出的總熱量；Qmax-1 kg水泥水化完全放熱總量，取454 kJ；γτ-其表示的是在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生水化作用的量和完全水化量的比值。

表3為三種水膠比下1 kg水泥凈漿在不同齡期下的水化熱量(單位：kJ)及水化程度。

表3　不同水膠比下的水化熱量及水化程度

通過(guò)表3可以看出，入模溫度控制在3 ℃時(shí)，水膠比對(duì)恒定低溫下水泥水化放熱的影響很明顯，所有齡期下水膠比為0.38的水泥凈漿放熱量最大，水膠比為0.31的水泥凈漿放熱量次之，水膠比為0.24的水泥凈漿放熱量最小。水膠比的不同實(shí)際體現(xiàn)了單位水泥顆粒周圍水含量的不同，而水在水泥水化過(guò)程中是不可缺少的反應(yīng)物。水泥水化反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，說(shuō)明反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，水泥顆粒周圍水含量較多時(shí)，反應(yīng)物的數(shù)量相對(duì)較多，該反應(yīng)物的總能量就相對(duì)較大，在同一化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中自然就放出的熱量較多。因此從化學(xué)反應(yīng)角度分析水膠比大的水泥凈漿水化放熱量多。

28 d時(shí)水膠比為0.38的水泥凈漿水化程度為0.60，水膠比為0.31的水泥凈漿水化程度為0.56，水膠比為0.24的水泥凈漿水化程度為0.50，可以看出低溫環(huán)境下三種水膠比的水泥凈漿在28 d時(shí)的水化程度都比較低，說(shuō)明低溫對(duì)水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生了明顯的抑制作用，這是因?yàn)榈蜏貤l件下水的粘滯性增大，水分子運(yùn)動(dòng)能力降低，水分子與水泥顆粒之間的碰撞減弱，水化反應(yīng)變緩。水泥完全水化的理論需水量約為0.23，這三種水膠比中水的含量完全滿足水泥完全水化的需水量，水含量充足，但水化放熱量和水化程度卻依然不同，這說(shuō)明低溫對(duì)不同水膠比水泥凈漿水化反應(yīng)有不同的影響程度。由表3可知，低溫環(huán)境對(duì)水膠比小的水泥凈漿水化程度影響最大，這是由于水膠比小的水泥凈漿中單位水泥顆粒周圍本身水含量較少，而實(shí)際參與水化反應(yīng)的水分子數(shù)量更少，使水與水泥顆粒的接觸面積變小，水化反應(yīng)變緩，水泥顆粒水化不充分；低溫又使水泥水化反應(yīng)速率降低，因此水膠比小的水泥凈漿水化反應(yīng)變得很慢。溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響很大，因此從溫度的角度分析水化反應(yīng)，試驗(yàn)溫度為3 ℃，水化反應(yīng)溫度較低，自然會(huì)降低水化反應(yīng)速率和水化程度，水化反應(yīng)又屬于放熱反應(yīng)，熱量的產(chǎn)生就會(huì)導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)溫度的升高，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，水化放熱量增大，水化程度變大，說(shuō)明溫度對(duì)水泥水化反應(yīng)的影響是一個(gè)連鎖影響，并且影響程度很大。

28 d之后三組水膠比的水化程度增長(zhǎng)都變得很緩慢，水膠比的不同和低溫環(huán)境的影響在這個(gè)時(shí)期內(nèi)對(duì)水化反應(yīng)速率的影響已經(jīng)不顯著，說(shuō)明水泥凈漿到達(dá)一定齡期后，低溫環(huán)境下三種水膠比的水化程度已經(jīng)趨于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，水泥凈漿的水化放熱量進(jìn)入一種穩(wěn)態(tài)。因此低溫環(huán)境和水膠比的不同對(duì)水化反應(yīng)速率的影響程度在早期的水化反應(yīng)中較大，在后期的水化反應(yīng)中較小。

3.2持續(xù)低溫養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度分析

持續(xù)低溫下養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土試塊放在環(huán)境模擬箱中養(yǎng)護(hù)完成，溫濕度控制完全滿足要求，依據(jù)GB/T 50081-2002對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)齡期下的試驗(yàn)組試塊數(shù)量為3個(gè)，試驗(yàn)數(shù)值取這3個(gè)試塊結(jié)果的平均值，當(dāng)單個(gè)試塊的實(shí)測(cè)值與平均值之差大于15%時(shí)，舍去該值，試驗(yàn)結(jié)果取剩余試塊結(jié)果的平均值。3、7、14、28、56 d的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度值見(jiàn)表4。

表4　混凝土抗壓強(qiáng)度值

混凝土強(qiáng)度的產(chǎn)生是水泥水化的結(jié)果，水泥水化的程度與水化溫度以及水膠比有關(guān)，混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)還與混凝土的養(yǎng)護(hù)齡期有關(guān)，因此水膠比、養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)齡期成了影響混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的主要因素。

圖3　0.24水膠比混凝土強(qiáng)度Fig.3　Compressive strength of 0.24 water binder ratio concrete

圖4　0.31水膠比混凝土強(qiáng)度Fig.4　Compressive strength of 0.31 water binder ratio concrete

圖5　0.38水膠比混凝土強(qiáng)度Fig.5　Compressive strength of 0.38 water binder ratio concrete

由圖3、4、5可以得出，低溫(3 ℃)養(yǎng)護(hù)條件下三種水膠比混凝土抗壓強(qiáng)度在試驗(yàn)齡期內(nèi)都低于其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下混凝土抗壓強(qiáng)度，這種差異在前7 d內(nèi)最大，7 d之后差異變小且趨于穩(wěn)定；28 d時(shí)低溫(3 ℃)養(yǎng)護(hù)條件下三種水膠比(0.24、0.31、0.38)混凝土抗壓強(qiáng)度分別為其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的93.8%、94.2%、96.8%，強(qiáng)度損失較小。說(shuō)明低溫(3 ℃)養(yǎng)護(hù)條件對(duì)三種水膠比混凝土早期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響，且隨著齡期增加，這種不利的影響程度逐漸減弱，28 d之后這種不利的影響程度變的很小。這是由于低溫(3 ℃)養(yǎng)護(hù)條件使混凝土內(nèi)部初始溫度降低，致使混凝土內(nèi)水泥水化反應(yīng)速率降低，水化程度變小，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土早期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢；到一定齡期后，混凝土內(nèi)大部分水泥顆粒已完成水化，繼續(xù)水化的水泥顆粒變得很少，低溫(3 ℃)對(duì)水化程度增長(zhǎng)的影響變得很小，對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響程度也就變得很小。

混凝土試塊在3 ℃養(yǎng)護(hù)條件下，水膠比為0.24混凝土3 d的強(qiáng)度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度的61.7%，7 d的強(qiáng)度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度的80.8%，56 d的強(qiáng)度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度的98.8%；水膠比0.31混凝土3 d的強(qiáng)度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度的40.6%，7 d的強(qiáng)度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度的81.2%，56 d的強(qiáng)度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度的100.5%；水膠比為0.38混凝土3 d的強(qiáng)度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度的41.5%，7 d的強(qiáng)度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度的80.5%，56 d的強(qiáng)度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度的101.7%。3 ℃養(yǎng)護(hù)條件下三種水膠比混凝土28 d抗壓強(qiáng)度都沒(méi)達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d的抗壓強(qiáng)度，56 d時(shí)才能達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d的抗壓強(qiáng)度，且水膠比越小的混凝土達(dá)到其28 d抗壓強(qiáng)度的時(shí)間越遲。由此可以得到，低溫(3 ℃)養(yǎng)護(hù)條件對(duì)水膠比小的混凝土抗壓強(qiáng)度影響時(shí)期較長(zhǎng)；對(duì)水膠比大的混凝土前期抗壓強(qiáng)度影響明顯，后期影響不明顯。這是因?yàn)樗z比大的混凝土早期單位水泥顆粒周圍水含量多，水化反應(yīng)較快，水化程度大，混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，當(dāng)齡期達(dá)到一定時(shí)間后，混凝土內(nèi)部大部分水泥已水化完成，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)已變緩，溫度對(duì)剩余的少部分水泥水化反應(yīng)的影響已很微弱，溫度對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響變得不明顯。

3.3低溫下混凝土強(qiáng)度與其水化程度之間的聯(lián)系

混凝土抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率是一個(gè)由快到慢的變化過(guò)程，水泥的水化程度也是一個(gè)由快到慢的變化過(guò)程。水泥的水化程度和混凝土抗壓強(qiáng)度的影響因素都主要為水膠比、溫度和齡期，并且兩者之間存在著內(nèi)在聯(lián)系，因此用水泥的水化程度來(lái)反應(yīng)混凝土抗壓強(qiáng)度的變化比較合理。

圖6　低溫下不同水膠比水泥水化程度Fig.6　Hydration degree of different water binder ratio under low temperature

圖7　低溫下不同水膠比混凝土強(qiáng)度Fig.7　Compressive strength of different water binder ratio under low temperature

由圖6和圖7曲線斜率可知，前7 d水泥的水化程度最大，混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度也最快，兩者的變化趨勢(shì)很接近，有明顯的線性相關(guān)性。7～14 d之間水泥的水化程度開(kāi)始慢慢變緩，混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)了更為明顯的變緩，兩者的變化趨勢(shì)開(kāi)始有所不同，水泥水化程度變緩的比較均勻，而與之對(duì)應(yīng)的混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)速率變化不均勻，出現(xiàn)較為明顯的變化點(diǎn)，而且水膠比不同這種強(qiáng)度增長(zhǎng)速率變化起始點(diǎn)也不同，水膠比為0.38的變化點(diǎn)齡期在第10 d，水膠比為0.31的變化點(diǎn)齡期在第9 d，水膠比為0.24的變化點(diǎn)齡期在第8 d，呈現(xiàn)出水膠比越小，這種強(qiáng)度增長(zhǎng)速率的變化點(diǎn)會(huì)越早出現(xiàn)。14 d之后兩者的變化趨勢(shì)又開(kāi)始比較一致，水化程度和混凝土抗壓強(qiáng)度變化都趨于平緩，增長(zhǎng)很緩慢。

前7 d內(nèi)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)與水泥水化程度有很一致的同步性，可認(rèn)為這段齡期內(nèi)混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)主要由水泥的水化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。7～14 d水泥水化程度與混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)不同步，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)比水泥凈漿水化程度早進(jìn)入穩(wěn)定緩慢增長(zhǎng)狀態(tài)，說(shuō)明當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定值后，水泥水化對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)不起決定性的作用了，但仍然是混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響因素。14 d后水泥水化程度和混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)趨勢(shì)都很平緩，但仍有同步性，水化程度依然是混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響因素。說(shuō)明混凝土抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)是水泥水化程度變化的宏觀表現(xiàn)，水泥水化程度的變化是混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)的內(nèi)在原因。

低溫(3 ℃)養(yǎng)護(hù)條件下，水泥水化反應(yīng)的速率較慢，初始水泥水化放熱量較小，水化程度較低，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)也就較慢，這樣必然與標(biāo)養(yǎng)下強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生差值。水膠比為0.38的混凝土，水泥顆粒與水接觸充分，初始水化放熱量較多，溫度就會(huì)升高，水化反應(yīng)速率加快，水化程度變大，混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)變快，從而致使其低溫下的混凝土強(qiáng)度最早與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土強(qiáng)度接近。

4　結(jié)　論

(1)低溫(3 ℃)對(duì)水泥水化程度和混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)有明顯的抑制作用，低溫(3 ℃)對(duì)水泥水化程度的影響是一個(gè)連鎖影響，影響程度大；對(duì)水膠比一定的混凝土抗壓強(qiáng)度的影響主要在前期，后期影響較?。?/p>

(2)低溫(3 ℃)條件下，水膠比小的水泥凈漿水化程度較小，水膠比大的水泥凈漿水化程度較大；同一齡期時(shí)水膠比小的混凝土抗壓強(qiáng)度比水膠比大的混凝土抗壓強(qiáng)度大；

(3)低溫(3 ℃)對(duì)不同水膠比水泥凈漿水化程度的影響主要在前期，隨著齡期的增長(zhǎng)影響程度逐漸減弱；低溫(3 ℃)養(yǎng)護(hù)條件對(duì)水膠比小的混凝土抗壓強(qiáng)度影響時(shí)期較長(zhǎng)；對(duì)水膠比大的混凝土抗壓強(qiáng)度影響時(shí)期較短；

(4)低溫(3 ℃)養(yǎng)護(hù)條件下三種水膠比混凝土28 d抗壓強(qiáng)度相對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的強(qiáng)度損失為3.2%～6.2%，三種水膠比混凝土后期抗壓強(qiáng)度損失很小，低溫(3 ℃)延遲了三種水膠比混凝土達(dá)到其設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度的時(shí)間，且水膠比越小，延遲時(shí)間越長(zhǎng)；

(5)水泥的水化程度和混凝土抗壓強(qiáng)度的影響因素都為水膠比、溫度和齡期，且水化程度與混凝土強(qiáng)度之間有內(nèi)在的聯(lián)系，因此可以用水泥的水化程度來(lái)反應(yīng)混凝土抗壓強(qiáng)度的變化。低溫3 ℃)養(yǎng)護(hù)條件下，水化程度大，混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)快，水化程度小，混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)慢，這種影響程度在前7 d內(nèi)最明顯，隨著齡期的增長(zhǎng)影響程度逐漸減弱。

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Strength Growth of High Strength Concrete and Its Degree of Hydration under Low Temperature(3 ℃)

DUANYun,WANGQi-cai,ZHANGRong-ling,CHENChuan,ZHANGShao-hua

(School of Civil Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China)

Studied on the influence law of cement hydration degree and the compressive strength of concrete under the factors of low temperature (3 ℃) curing condition, water binder ratio and ages, as well as the inner link between hydration degree and the compressive strength of concrete by experience. By analyzing the mechanism of cement hydration reaction, the influence factors of cement hydration degree and the compressive strength, it showed that low temperature (3 ℃) has obvious inhibitory effect on the hydration degree and compressive strength of concrete, the first 7 d is the most obvious, and it is weaken with the increase of age. This influence is a chain effect, influence degree is huge. The influence period is longer in low water-binder ratio and shorter in high water-binder ratio. 28 d compressive strength loss of the three kinds of water-binder ratio of concrete is 3.2%-6.2%, low temperature (3 ℃) delayed the reach time of concrete compressive strength of its designed of the three water-binder ratio, and it is increased with the decrease of the water-cement ratio. Degree of hydration and concrete compressive strength own same influencing factors, and their changing rule with the age has a good consistency, therefore the hydration degree can be used in the variation of the compressive strength of concrete.

low temperature;water binder ratio;degree of hydration;compressive strength

國(guó)家自然科學(xué)基金(51268032) ;長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃基金項(xiàng)目(IRT1139)

段運(yùn)(1990-)，男，碩士研究生.主要從事混凝土方面的研究.

王起才，教授，博導(dǎo).

TU528

A

1001-1625(2016)01-0012-07