1温度与混凝土性能的关系

1.1温度变化对水泥水化和混凝土强度的影响

混凝土拌合物是由水泥、骨料、拌和水和添加剂组成的混合物。混合料搅拌过程中的主要化学变化是水泥的水化反应。水泥的水化速度与水泥的细度有关，也随温度的变化而变化。温度越高，反应越快。它们之间的关系服从一般的阿伦尼乌斯定律，该定律普遍适用于各种物理化学反应。

根据许多学者的研究，硅酸盐水泥在室温下的活化能E值在30-40kj/mol之间变化。E = 40kj/mol，温度从20℃升至40℃时，反应速率K值将增加185%，温度升至60℃时增加624%。相反，如果温度下降到10℃和0℃(273K)，k值将分别下降44.6%和7.03%。

简而言之，如果温度以等差级数上升，那么在实际温度范围内，温度每上升10℃，反应速率就以70%左右的速度呈几何级数增加，反之亦然。可以看出，水化速率比温度变化强得多。为低温下混凝土的强度增长率提供了研究依据。

20世纪80年代初，卡里诺在美国国家标准局做了一项测试。水灰比等于0.43的标准试件在规定的温度下浇注、密封和养护，直到在规定的龄期测定其抗压强度，不同温度下的混凝土强度增加。

试验表明，混凝土浇筑后的强度增长速度随着养护温度的升高而加快，也随着龄期的增加而降低。温度对混凝土强度的影响主要在最初的10天左右，但对28天后的混凝土强度影响不大。

1.2温度对混凝土坍落度的影响

混凝土拌合物和易性施工的经验告诉我们，在炎热的天气里，同样材料、同样稠度的混凝土拌合物，总比寒冷的天气需要更多的水。同一混合物的坍落度随着温度的升高而降低。试验结果表明，为使普通混凝土拌合物具有相同的坍落度(75mm)，拌合物温度每升高10℃，每1m3需加入约7kg拌合水(见图2)。

混合料的稠度(坍落度)主要取决于固体颗粒之间的相互摩擦。这种内耗除了水的润滑作用外，还与其中含有的气泡有关。空气的存在等于增加了水泥浆的含量，减少了骨料的含量，所以稠度可以明显降低。

气泡的形成与水的粘度有关，水的粘度随着温度的升高而降低。因此，为了在更高的温度下获得混合物的相同稠度，通常需要使用比常温下更多的水来增加气泡的含量，从而增加混合物的流动性。同样，在低温下拌制混凝土时，拌合水也要相应减少，以防泌水过多或坍落度过大。

1.3低温下混凝土强度的研究

混凝土浇筑后硬化前，低温冻结时内部水的体积会增加9%左右，同时会产生约2500kg/cm2的冰胀应力。这种应力值往往大于水泥浆体中形成的初始强度值，使混凝土受到不同程度的破坏(即早期冻害)，降低强度。此外，当水变成冰时，骨料和钢筋表面会产生较大的晶体，削弱水泥浆与骨料和钢筋的粘结力，从而影响混凝土的抗压强度。当冰融化时，混凝土中会形成各种空隙，降低混凝土的密实度和耐久性。因此，在冬季混凝土施工中，水的形态变化是混凝土强度增加的关键。

国内外许多学者对混凝土中水的存在形式进行了大量的试验研究。结果表明，新拌混凝土在受冻前有一段预养护期，可增加其内部液相，减少其固相，加速水泥水化。试验还表明，混凝土受冻前的预养护期越长，强度损失越小。混凝土解冻后(即常温条件下)继续养护，强度会有所提高，但提高的幅度不一。对于预养护期长、初期强度高(如R28的35%)的混凝土，受冻后后期强度几乎没有损失。但对于安全预养护期短、初期强度低的混凝土，受冻后后期强度会有不同程度的损失。

因此，混凝土在受冻前，应在常温下有一个预养护期，以加速水泥的水化，避免混凝土的早期冻害。随着混凝土龄期的增加，混凝土的抗冻性也在提高。由于水泥不断水化，可冻结的水量减少，水中溶解盐的浓度随着水化的加深而增加，冰点随着龄期的增长而降低，因此抵抗冻融破坏的能力也随之增强。因此，延长冻前养护时间可以提高混凝土的抗冻性。混凝土无冻害的低强度一般称为临界强度，在我国不小于设计标志的30%，即不小于35kg/cm2。

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