1、養護制度對高強混凝土強度發展規律的影響高強混凝土構件內部的高溫環境對膠凝材料中的水泥和以磨 細礦渣粉、粉煤灰和硅灰為代表的礦物摻合料的水化進程產生很大影 響。Taylors認為水泥的水化反應速率在高溫下顯著加快。Gallucci等發現水泥在早期高溫養護后生成的凝膠密度更大，導致孔隙率增大。 Wang等證實混凝土結構內部高溫明顯促進礦物摻合料的早期活性發 揮，改善高強混凝土的微結構，從而影響混凝土的力學及耐久性能。 譚克峰等認為高溫環境養護的混凝土后期強度降低，摻入硅灰、粉煤 灰、磨細礦渣粉可以緩解混凝土后期強度的降低。在實驗室進行混凝土配合比試驗時，混凝土試件一般在標準條件 （20C、相對濕度

2、RH>90%）下養護，這與高強混凝土構件內部真實狀 況相差甚遠，所得結果不能反映實際結構內部逐漸升高的溫度對混凝 土性能產生的影響。Dhir等研究了標準養護和溫度匹配養護對純水泥 和單摻粉煤灰混凝土強度的影響，認為內部溫升不利于純水泥混凝土 強度的發展，卻有利于粉煤灰混凝土強度的發展。目前混凝土結構驗收時，均以標準條件下養護、邊長為150mm的立方體混凝土試件的28d抗壓強度是否達到要求為基準。在混凝土 結構斷面尺寸較小，混凝土強度等級不高時，試件強度基本能反映實 體結構內部混凝土的性能。但是對于大體積高強混凝土結構， 試件與 實體結構內部混凝土的性能相距甚遠。為了進一步研究高強混凝土構

3、件內部的溫升對其性能的影響，探討試件與實體結構內部混凝土性能的關系，研究了標準養護、高溫養 護和基于混凝土絕熱溫升曲線的溫度匹配養護（簡稱溫度匹配養護）對用純水泥、水泥1磨細礦渣粉和水泥-粉煤灰-硅灰等不同膠凝材料 體系配制的高強混凝土的強度的影響。1實驗1.1原料所用的膠凝材料為P I42.5純硅酸鹽水泥、二級粉煤灰、S95級 磨細高爐礦渣粉和加密硅灰。水泥及礦物摻合料的化學成分如表1所 示。表丄原材料的此學成分Tabic 1 Chemical com portion of raw materialsw/%CQSiOa必3Ceiaeiil62.3021564.442322.732.57233

4、CrGBS36.443.1.76P陰O.ffl0.50194Fly a曲2.斛詣餡274513J<5 040.4;13592.140S41如1 45減水劑為聚羧酸減水劑（固體含量為20%）。粗集料為525mm 連續級配石灰巖碎石；細集料為細度模數2.4的天然河砂，屬II區中 砂。1.2制備根據表2配合比制備混凝土樣品。試驗過程中控制原材料與室內 溫度，使混凝土的入模溫度在15C左右。所配制的高強混凝土的28d 設計強度大于70MPa。表空渥凄土的配含比Table 2 Mix proportion mfi:口ncreteS-unLt Nd.Mix買qpCtftki誠媲血 予Waia-bir

5、dw TaliaC eizi rntGOBSFl.y ashKalita, fwn.6UouseSaoxlw atecC03450I0SD8151315S03292.5157 5llOEO3151勢F0J292 5137 52JIO«U<A話C Pur« rem 屈 baw d concrete; F Cetn 寒曲曲伽 fume-fly biased roncrflle; SC ment-GGES Mm也 c;<mxt點1.3表征高強混凝土的絕熱溫升特性采用博遠BYATC/A型混凝土絕熱溫升測定儀測定。用于抗壓強度和抗氯離子滲透性能試驗的試樣尺寸為 100mm

6、< 100mm< 100mm的立方體，分別采用標準養護、溫度匹配養 護和50C高溫養護等養護制度。1）標準養護。試件成型后覆蓋塑料薄膜，在室內靜置24h后拆模, 放入標準養護室內養護至規定齡期。2）溫度匹配養護。試件混凝土成型后覆蓋塑料薄膜，迅速連模具 一起放入水熱養護箱中養護 7d,養護箱內溫度根據同樣配合比的混 凝土的絕熱溫升曲線調整，7d后拆模，移入標準養護室內繼續養護 至規定齡期。3）高溫養護。試件混凝土成型后覆蓋塑料薄膜，迅速連模具一起 放入溫度預先設置為50C的水熱養護箱中養護7d后拆模，移入標準 養護室內繼續養護至規定齡期。按照GB/T50081普通混凝土力學性能試驗

7、方法標準測定 3、7、28和90d齡期混凝土的立方體抗壓強度。2結果與討論2.1膠凝材料對混凝土絕熱溫升特性的影響7f)Sample No.fl 20406080100120140160Tinie/h圖1高強混凝土絕熱溫升曲線6504n30加0<繪;=址三 RKXlEa 一r( jv . Lu 二Fig 1 Adiabahc temperature nse curves of high strength concrer圖1為不同膠凝材料體系高強混凝土的絕熱溫升曲線。可見溫度開始顯著上升的時間從長到短依次為水泥-粉煤灰硅灰體系、水泥-磨細礦渣粉體系和純水泥，這反映了膠凝材料早期水化活性的高

8、低。 純水泥混凝土的早期溫升發展速率最快，水泥-磨細礦渣粉體系混凝 土次之，水泥-粉煤灰-硅灰體系混凝土最慢。隨著水化齡期的延長， 純水泥混凝土的溫升速率降低，水泥-磨細礦渣粉體系混凝土的溫升 速率保持恒定。大約5d后水泥鋸細礦渣粉體系混凝土的溫度超過純 水泥混凝土的。水泥-粉煤灰-硅灰體系混凝土的溫度持續緩慢增加， 但溫升值最小。水泥 理細礦渣粉體系混凝土、純水泥混凝土、水泥-粉煤灰-硅灰混凝土 7d時的溫升值分別為51.3、48.9和404C。磨細 礦渣粉替代水泥并不能降低膠凝材料的水化放熱量。由于磨細礦渣粉 緩慢持續的水化反應，水泥B細礦渣粉復合膠凝材料的最終放熱量 大于純水泥的。雖然硅

9、灰反應程度高，但粉煤灰參與反應的程度低， 使體系總的放熱量偏小。2.2養護制度對高強混凝土強度的影響表3為混凝土在標準養護、溫度匹配養護和高溫養護條件下不同 齡期的抗壓強度。表3不同養護條件下混閽土的抗壓強度Table 3 Compressive strength of high strength concretesunder different curing conditionsSample No,CompressiYe sttengthyMPa3 d7 dd90 dLC43.36S.373.180.9LS26.753.377 4E48LF26.654 276 7£45HC66.S

10、70.473 077.3HS7D.874.876 484.4HF8O.g84.49294.4MC58.072 175 678.8MS67.377.375 5B9.7MFJ0.032 1刖4915L presents standard curing, M presents temperatute-matching outing, H presents hil-tetnperature cuting; The second letter presents the corucretemuturB based on TahLe 2.221標準養護從表3可以看出，標準養護條件下，對于使用含有35%礦物摻

11、合 料的復合膠凝材料配制的混凝土 LS和LF，3d抗壓強度分別比使用 純水泥配制的混凝土 LC的低38.4%和38.7%。這是由于3d時礦物摻 合料還沒有發揮出活性，僅僅起物理填充作用。7d強度則分別比混凝土 LC的低13.1%和21.6%,降低的百分比已經低于其摻量百分比， 尤其是水泥-磨細礦渣粉復合膠凝材料體現出了明顯的活性。這是由 于磨細礦渣粉已經開始參與水化反應，對混凝土的強度發展做出了貢獻。對于用水泥-粉煤灰-硅灰復合膠凝材料配制的混凝土LF，粉煤 灰的活性低于礦渣，硅灰的活性高，但是摻量少，對強度的貢獻有限， 導致其7d抗壓強度低于混凝土 LS。28和90d齡期時混凝土 LS和混

12、凝土 LFd的抗壓強度均超過混凝土 LC的，礦物摻合料的火山灰效應 開始對混凝土的強度發展產生明顯的影響。222高溫養護高溫養護條件下，混凝土的3d強度均大幅提高，用復合膠凝材 料配制的混凝土 HS和混凝土 HF的抗壓強度已經超過了純水泥配制 的混凝土 HC的，混凝土 HF的甚至達到了 80.8MPa,高于其他兩種 混凝土的28d強度。直到90d齡期，用復合膠凝材料配制的混凝土的 強度仍持續增長。混凝土 HC的后期強度增長幅度非常有限，28d后 強度甚至始終低于混凝土 LC的。這與譚克峰的研究結果一致，主要 是由于高溫養護使水泥的早期反應速率大幅提高，但是早期迅速反應生成大量凝膠包覆在水泥顆粒

13、表面阻礙了其進一步水化，導致后期反 應程度降低。水泥早期迅速生成的水化產物形成的漿體結構較為疏 松，后期生成的少量水化產物不足以填充其內部空隙，對漿體結構改善不多，從而使混凝土 HC的強度增長幅度小。礦物摻合料的反應活 性低于水泥熟料，但是高溫養護會對復合膠凝材料體系中的礦物摻合 料產生明顯熱激發作用，提高其早期反應程度，增加水化產物量，使 漿體結構更加致密，導致其 3d強度大幅提高。特別是硅灰的熱激發 效應最為明顯，使含有硅灰的混凝土 HF的3d強度最高。后期礦物 摻合料持續的火山灰反應使水化產物量逐漸增加，漿體結構逐漸密 實，使強度不斷增加。礦渣的反應活性高于粉煤灰，高溫養護使前者 在早期

14、過多過快地參與水化反應，后期則參與不足，導致混凝土 HS 的90d齡期強度與混凝土 LS的相差無幾，而混凝土 HF的比混凝土 LF的高出近10MPa。223溫度匹配養護在溫度匹配養護條件下，3d齡期時，水泥-磨細礦渣粉復合膠凝 材料配制的混凝土 MS的強度大于純水泥配制的混凝土 MC,水泥- 粉煤灰-硅灰復合膠凝材料配制的混凝土 MF最低。7d齡期時，混凝 土 MF的強度大幅增長，高于混凝土 MS的與混凝土 MC的。轉入常 溫養護后，混凝土的后期強度仍進一步提高。相比于標準養護的L組與高溫養護的H組，溫度匹配養護對水泥 礦渣復合膠凝材料配制 的混凝土強度的促進作用最為明顯，在3種養護制度中的強

15、度值為最 高。溫度匹配養護對水泥 粉煤灰-硅灰復合膠凝材料配制的混凝土的 促進作用不如高溫養護明顯，混凝土 MF在各個齡期的強度值均沒有 超過混凝土 HF的。溫度匹配養護對純水泥配制的混凝土的長齡期 （28 和90d）強度的影響與高溫養護一樣，仍然有抑制作用。總體而言，用純水泥配制的混凝土的長期強度在 3種養護制度下 都是最低的。水泥-粉煤灰-硅灰復合膠凝材料配制的混凝土的長期強 度在3種養護制度下都是最高或接近最高，而且在實體結構內部條件 下，其早期強度發展也令人滿意，說明適當配比的水泥 粉煤灰-硅灰 三元復合膠凝材料適用于配制高強混凝土。在不同養護條件下，各種混凝土的早期強度差異很大。但到

16、28d 以后，其差異變小。采用標準條件養護的試件進行強度測定，基本能 反映實體結構內部混凝土長齡期的狀態。2.3反應動力學因素對于高強混凝土強度發展規律的影響水泥基材料在水化程度較低時，其水化程度近似與養護溫度和時 間成正比。3種養護制度在7d以前的溫度與時間的乘積（度時積）不同， 因而對混凝土水化過程的熱激發程度不同， 使得3種混凝土在不同養 護制度中的強度發展規律有所不同。按照 Krstulovic等提出的水泥基 材料水化反應的動力學模型，可將復合水泥基材料的水化反應分為3個階段，即結晶成核與晶體生長（NG）、相邊界反應（I）和擴散（D）。當 復合水泥基材料水化到一定程度時， 將發生反應控

17、制機理的轉變。這 種反應機制的變化，會影響反應速率，從而影響其強度發展規律。養 護制度在某一時刻的度時積反映了外界輸入能量的大小，即對水泥基 材料水化反應的激發程度大小。在最初的3d齡期內，標準養護的度時積最小，溫度匹配養護次之，高溫養護最大。在標準養護條件下， 水泥基材料主要依靠介穩的水泥熟料礦物自身的能量進行水化，反應較為和緩，主要處于水化產物不斷增加的 NG階段，導致混凝土的強 度較低但持續增長。這種緩慢的增長將持續很長時間，28d以后仍然較為明顯。在高溫養護條件下，水化初期外界即輸入較多能量，使水 泥漿材料迅速水化，生成大量水化產物，使混凝土獲得很高強度。由 于大量水化產物的包裹，未水

18、化顆粒的繼續水化受到阻礙，水化反應 很快由NG階段或I階段進入D階段，反應速率明顯下降，混凝土的 強度增長幅度變小。比較3種混凝土 3d以后的強度增長幅度，發現 混凝土 HS與混凝土 HF基本相同，混凝土 HC也相差不大。這說明在高溫激發下，高活性的組分很快完全水化，各種混凝土中的膠凝材 料的水化反應均由擴散控制，強度發展規律也基本相同。溫度匹配養 護條件下，混凝土的初始反應溫度較低，隨后緩慢上升，混凝土被逐 漸加熱，水化反應速率逐步提升，用純水泥、水泥鋸細礦渣粉復合膠凝材料與水泥-粉煤灰硅灰復合膠凝材料配制的混凝土的最大絕 熱溫升速率出現時間及對應溫度見表4。在最初的3d齡期內，外界輸入的能

19、量介于標準養護條件與高溫養護條件之間，所以混凝土的強度也介于標準養護條件與高溫養護條件之間。*4混凝土的最大絕熱溫升速率對應的時間和溫度Table 4 Time and temperature corresponding to themaxiinuin temperatui e rise rate of concreteSample No.Time/hTemperature/TC12.030.91s14.725.17F24.527.78水化齡期從3d到7d,溫度匹配養護條件下，混凝土的養護溫度 已升到50C以上，逐漸升高的溫度對礦物摻合料產生持續的激發作 用，膠凝材料的水化反應仍處于 NG階段或I階段，以適當速率生成 的水化產物使混凝土的結構更為密實，利于強度的持續發展。7d齡期以后，水化反應才進入 D階段，之后混凝土強度增長幅度相對較 小，相互之間的差別也變小。對于溫度匹配養護的純水泥配制的混凝土，由于其溫升速率快 （最大溫升速率對應的時間早，溫度高），在1d以后養護溫度就超過 50C（見圖1）,與高溫養護條件相差不大，水泥水化反應劇烈，迅速 形成的硬化漿體結構較為粗糙，并沒有后續生成的水化產