1溫度與混凝土性能的關(guān)系

1.1溫度變化對(duì)水泥水化和混凝土強(qiáng)度的影響

混凝土拌合物是由水泥、骨料、拌和水和添加劑組成的混合物。混合料攪拌過(guò)程中的主要化學(xué)變化是水泥的水化反應(yīng)。水泥的水化速度與水泥的細(xì)度有關(guān)，也隨溫度的變化而變化。溫度越高，反應(yīng)越快。它們之間的關(guān)系服從一般的阿倫尼烏斯定律，該定律普遍適用于各種物理化學(xué)反應(yīng)。

根據(jù)許多學(xué)者的研究，硅酸鹽水泥在室溫下的活化能E值在30-40kj/mol之間變化。E = 40kj/mol，溫度從20℃升至40℃時(shí)，反應(yīng)速率K值將增加185%，溫度升至60℃時(shí)增加624%。相反，如果溫度下降到10℃和0℃(273K)，k值將分別下降44.6%和7.03%。

簡(jiǎn)而言之，如果溫度以等差級(jí)數(shù)上升，那么在實(shí)際溫度范圍內(nèi)，溫度每上升10℃，反應(yīng)速率就以70%左右的速度呈幾何級(jí)數(shù)增加，反之亦然?？梢钥闯觯俾时葴囟茸兓瘡?qiáng)得多。為低溫下混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)率提供了研究依據(jù)。

20世紀(jì)80年代初，卡里諾在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局做了一項(xiàng)測(cè)試。水灰比等于0.43的標(biāo)準(zhǔn)試件在規(guī)定的溫度下澆注、密封和養(yǎng)護(hù)，直到在規(guī)定的齡期測(cè)定其抗壓強(qiáng)度，不同溫度下的混凝土強(qiáng)度增加。

試驗(yàn)表明，混凝土澆筑后的強(qiáng)度增長(zhǎng)速度隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高而加快，也隨著齡期的增加而降低。溫度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響主要在最初的10天左右，但對(duì)28天后的混凝土強(qiáng)度影響不大。

1.2溫度對(duì)混凝土坍落度的影響

混凝土拌合物和易性施工的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在炎熱的天氣里，同樣材料、同樣稠度的混凝土拌合物，總比寒冷的天氣需要更多的水。同一混合物的坍落度隨著溫度的升高而降低。試驗(yàn)結(jié)果表明，為使普通混凝土拌合物具有相同的坍落度(75mm)，拌合物溫度每升高10℃，每1m3需加入約7kg拌合水(見(jiàn)圖2)。

混合料的稠度(坍落度)主要取決于固體顆粒之間的相互摩擦。這種內(nèi)耗除了水的潤(rùn)滑作用外，還與其中含有的氣泡有關(guān)?？諝獾拇嬖诘扔谠黾恿怂酀{的含量，減少了骨料的含量，所以稠度可以明顯降低。

氣泡的形成與水的粘度有關(guān)，水的粘度隨著溫度的升高而降低。因此，為了在更高的溫度下獲得混合物的相同稠度，通常需要使用比常溫下更多的水來(lái)增加氣泡的含量，從而增加混合物的流動(dòng)性。同樣，在低溫下拌制混凝土?xí)r，拌合水也要相應(yīng)減少，以防泌水過(guò)多或坍落度過(guò)大。

1.3低溫下混凝土強(qiáng)度的研究

混凝土澆筑后硬化前，低溫凍結(jié)時(shí)內(nèi)部水的體積會(huì)增加9%左右，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生約2500kg/cm2的冰脹應(yīng)力。這種應(yīng)力值往往大于水泥漿體中形成的初始強(qiáng)度值，使混凝土受到不同程度的破壞(即早期凍害)，降低強(qiáng)度。此外，當(dāng)水變成冰時(shí)，骨料和鋼筋表面會(huì)產(chǎn)生較大的晶體，削弱水泥漿與骨料和鋼筋的粘結(jié)力，從而影響混凝土的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)冰融化時(shí)，混凝土中會(huì)形成各種空隙，降低混凝土的密實(shí)度和耐久性。因此，在冬季混凝土施工中，水的形態(tài)變化是混凝土強(qiáng)度增加的關(guān)鍵。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)混凝土中水的存在形式進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，新拌混凝土在受凍前有一段預(yù)養(yǎng)護(hù)期，可增加其內(nèi)部液相，減少其固相，加速水泥水化。試驗(yàn)還表明，混凝土受凍前的預(yù)養(yǎng)護(hù)期越長(zhǎng)，強(qiáng)度損失越小?；炷两鈨龊?即常溫條件下)繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度會(huì)有所提高，但提高的幅度不一。對(duì)于預(yù)養(yǎng)護(hù)期長(zhǎng)、初期強(qiáng)度高(如R28的35%)的混凝土，受凍后后期強(qiáng)度幾乎沒(méi)有損失。但對(duì)于安全預(yù)養(yǎng)護(hù)期短、初期強(qiáng)度低的混凝土，受凍后后期強(qiáng)度會(huì)有不同程度的損失。

因此，混凝土在受凍前，應(yīng)在常溫下有一個(gè)預(yù)養(yǎng)護(hù)期，以加速水泥的水化，避免混凝土的早期凍害。隨著混凝土齡期的增加，混凝土的抗凍性也在提高。由于水泥不斷水化，可凍結(jié)的水量減少，水中溶解鹽的濃度隨著水化的加深而增加，冰點(diǎn)隨著齡期的增長(zhǎng)而降低，因此抵抗凍融破壞的能力也隨之增強(qiáng)。因此，延長(zhǎng)凍前養(yǎng)護(hù)時(shí)間可以提高混凝土的抗凍性?；炷翢o(wú)凍害的低強(qiáng)度一般稱為臨界強(qiáng)度，在我國(guó)不小于設(shè)計(jì)標(biāo)志的30%，即不小于35kg/cm2。

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