不利养护条件对混凝土强度影响试验研究

张鸥 武利强 李晓娜

摘      要：研究不同养护龄期、不同养护过程以及典型不利养护条件对混凝土强度的影响。利用人工环境模拟室，设计不同养护过程，重点模拟夏季高温施工、冬季低温施工、低湿度自然养护等不利养护条件，尽可能真实反映工程现场实际养护情况而得到各种试验试样，对其进行室内抗压强度试验，得到各种养护条件下混凝土抗压强度值。结果表明：混凝土抗压强度整体上随养护龄期增大而增大，但高温养护条件下，强度与龄期的关系基本符合双曲线规律，标准养护条件下，抗压强度与龄期关系更接近幂函数关系;模拟不利养护条件反映出施工季节不同，对混凝土强度的影响比较大;而且实际工程中若不采取养护措施，混凝土的温度和湿度均无法得到保证，强度损失最严重。因此，科学合理的养护措施对工程中混凝土强度的保证非常必要。

关  键  词：强度;龄期;养护条件;人工环境

中图分类号：TV431         文献标识码： A         文章编号： 1671-0460（2020）09-1847-05

Abstract： The influences of different curing age， different curing process and typical unfavorable curing conditions on concrete strength were studied. Using the artificial environment simulation room， different curing processes were designed. The unfavorable curing conditions， such as high temperature construction in summer， low temperature construction in winter and natural curing in low humidity， were simulated. The actual curing conditions of the project site were reflected as much as possible， and various test samples were obtained. The indoor compressive strength tests were carried out to obtain the compressive strength values of concrete under various curing conditions. The results showed that the compressive strength of concrete increased with the increase of curing age as a whole， but the relationship between strength and curing age basically conformed to hyperbolic law under high temperature curing conditions. Under standard curing conditions， the relationship between compressive strength and curing age was closer to power function relationship; the simulation of unfavorable curing conditions reflected the different construction seasons， which had a greater impact on concrete strength. The temperature and humidity of concrete cannot be guaranteed without taking curing measures in practical projects， and the loss of strength is the most serious. Therefore， scientific and reasonable maintenance measures are necessary to ensure the strength of concrete in the project.

Key words： Strength; Curing age; Conservation conditions; Artificial environment

材料學中，强度定义为“材料抵抗应力作用，不破坏的能力”。混凝土强度的定义更加直接，即“混凝土试件所能承受的最大荷载水平”。在混凝土力学性能中，强度是比较容易测定且具有代表性的指标，与其他性能指标具有较好相关性[1]，因此，强度是混凝土结构设计和施工中最常采取的控制指标。

养护条件对混凝土强度的影响已有较多成果，例如ALDEAA[2]等采用高温高压养护、高温蒸汽养护的方式，重点研究高温作用下矿渣混凝土的抗压强度、抗拉强度等指标，认为高温养护不利于混凝土长期强度发展。于韵和蒋正武[3-4]研究了不养护和水养28 d条件下混凝土内部相对湿度的情况，发现湿养对延迟混凝土内部湿度下降有十分重要的作用。分析已有研究[5-13]发现，以往设计的养护条件与工程现场实际养护过程有一定差距，尤其是温度方面，没有真实反映现场情况。本文主要从养护条件模拟方面继续深入探讨，即利用人工环境模拟室模拟实际工程养护条件，尤其是夏季高温施工、冬季低温施工、高温养护、低湿度养护等不利养护条件。在模拟现场施工条件时，考虑了昼夜温度不等及交替的特点，模拟的养护条件与工程现场较为接近，以此研究不利养护条件对混凝土抗压强度的影响，以及无专门养护条件对混凝土抗压强度的损伤程度等。

1  试验概况

1.1  试验原材料

水泥采用普通硅酸盐水泥，P·O 42.5;砂石料来自天然料场，砂为天然砂和人工砂混合砂，干砂表观密度为2 510 kg·m-3，筛分试验得到平均细度模数为3.07，砂样通过10 mm筛筛余百分率为1.7%;石子为人工碎石，粒径5～20 mm，干表观密度为    2 620 kg·m-3;外加剂采用HQ-3型缓凝高效减水剂，密度为1.144 g·mL-1。

1.2  配合比设计

本文试样配合比均设计0.50胶比，胶凝材料为水泥。具体试样配合比设计见表1，其中试样砂率均为45%，外加剂均为2.5%。试样拌和方法均為搅拌机拌和，振捣方法为振动台振捣。

其中对表中试件编号说明如下：编号第1个数字对应养护条件（1）～（11）类，见下文1.3节内容详细说明;第2个数字代表胶凝材料，0代表水泥;第3个数字代表水胶比。后文中出现的1-0-0.5-1、1-0-0.5-2、1-0-0.5-3、2-0-0.5-1、2-0-0.5-2、2-0-0.5-3、10-0-0.5-1、10-0-0.5-2、10-0-0.5-3、11-0-0.5-1、11-0-0.5-2、11-0-0.5-3编号最后一位表示塌落度，1代表塌落度95 mm，2代表塌落度    50 mm，3代表塌落度150 mm。

1.3  养护条件设计

为研究养护条件对混凝土强度的影响，设计多种养护条件，包括养护龄期、养护温度、养护湿度等多种因素，具体养护方法如下：

1）标准养护7 d;

2）标准养护14 d;

3）标准养护28 d;

4）第1 d起养护温度30 ℃，持续48 h，相对湿度100%，其余时间为标准养护;

5）第3 d起养护温度30 ℃，持续48 h，相对湿度100%，其余时间为标准养护;

6）第5 d起养护温度30 ℃，持续48 h，相对湿度100%，其余时间为标准养护;

7）模拟夏季高温养护，白天35 ℃，夜间20 ℃，7 d后转标准养护;

8）模拟冬季低温养护，白天15 ℃，夜间5 ℃，7 d后转标准养护;

9）自然养护，即不采取专门养护措施，将试件直接置于试验室空气环境中，养护期间自然温度平均低温为11 ℃，平均高温为17 ℃;

10）标准养护56 d;

11）标准养护104 d。

1.4  养护条件实现方法

标准养护在标准养护室内进行，温度（202）℃，相对湿度95%以上。自然养护在试验室内进行，试件不采取任何养护措施。其余养护条件将在人工模拟气候试验室内进行。

人工模拟气候试验室由上海espec公司生产，温度控制范围为5～80 ℃，相对湿度控制范围为20%～95%。温湿度在控制范围内可连续变化，采用程序进行智能化控制，能够满足1.3节各种养护条件的需求。养护过程见图1、图2。

1.5  抗压强度试验

抗压强度试验依据《混凝土试验规程》（SL 352—2006）进行。试件尺寸为150 mm×150 mm×  150 mm，3个试件为1组，在指定龄期进行试验。图3、图4为试验过程。

2  试验成果及分析

2.1  抗压强度与龄期的关系

本文研究了2批试样抗压强度随龄期的变化规律，分别为1-0-0.5-1、1-0-0.5-2、1-0-0.5-3、2-0-0.5-1、2-0-0.5-2、2-0-0.5-3、10-0-0.5-1、10-0-0.5-2、10-0-0.5-3、11-0-0.5-1、11-0-0.5-2、11-0-0.5-3和4-0-0.5、5-0-0.5、6-0-0.5。前一批试样水胶比、配合比一致但塌落度不同，试验龄期为7、14、56和104 d。后一批试样水胶比、配合比、塌落度均一致，但养护温度有所差别，分别在养护1、3、5 d时间节点上进行高温（30 ℃）养护48 h，其余时间标准养护，试验养护龄期分别为7、9、19、21、23、28、29、53、55、57、90、91 d。

两批试样抗压强度与龄期的关系见图5和图6。由图可见，高温养护后的4-0-0.5、5-0-0.5、6-0-0.5试样28 d后强度增长幅度大大减小（相比28 d 强度，56 d强度增长幅度分别为1.7%、12.6%和6.1%），56 d时达到最高值，90 d时强度反而有所降低（90 d强度与28 d相比，增长幅度分别为-1.2%、11.1%和-0.8%）;而标准养护试件强度则在28 d后仍持续增长（56 d强度相比28 d强度增长幅度分别为8.9%、11.8%和9.8%），100 d左右时强度增长仍较大（相比28 d强度，104 d强度增长幅度分别为31.9%、35.6%和32.0%）。

关于混凝土抗压强度与龄期的关系，ACI（美国混凝土学会）建议采取公式（1）：

定义为相对强度，并以此为纵坐标，龄期为横坐标，二者关系见图7和图8。可见，对于高温养护下的试件，其强度随龄期的发展规律基本符合ACI公式，即相对强度与龄期的关系符合双曲线。然而，对于一直标准养护条件下的试件而言，其强度一直保持较大的增长态势，此时ACI公式的适用性较差，建议采用幂函数形式：

2.2  抗压强度与不利养护条件的关系

本文研究3种不利养护条件下混凝土的抗压强度，分别为：①夏季高温施工情况模拟，白天35 oC，夜间20 oC，相对湿度90%以上，保持此状态7 d，   7 d后转标准养护，试件编号7-0-0.5;②冬季低温施工情况模拟，白天15 oC，夜间5 oC，相对湿度80%～90%，7 d后转标准养护，试件编号8-0-0.5;③不养护，即拆模后置于试验室内直到预定试验龄期，试件编号9-0-0.5。同时，以标准养护条件下28 d强度作为参照强度，试件编号3-0-0.5。

抗压强度试验结果见表2和图9。与标准养护条件相比，夏季高温施工养护条件在湿度充足的情况下，28 d抗压强度提升6.9%;冬季低温养护时，强度有较大的下降，幅度为24.7%;而不采取养护措施时，强度则剧烈下降，幅度为35.3%。9-0-0.5试件在养护期间自然温度平均低温为11 oC，平均高温为17 oC，低于标准养护温度20 oC，相对湿度无统计记录，但明显低于标准养护条件下的95%。可见，湿度尤其温度对混凝土强度发展是至关重要的，不采取养护措施将造成混凝土強度的巨大损失。

3  结 论

本文具体介绍了模拟现场不同养护的施工条件，主要探究养护龄期、温湿度、不利养护条件等因素对混凝土抗压强度的影响及对混凝土抗压强度的损伤程度等，得到以下结论：

1）抗压强度随养护龄期增大而增大。高温养护条件下，强度与龄期的关系基本符合双曲线规律，28 d后强度基本稳定，56 d时强度达到最大值（增幅6.8%），90 d强度则有所降低（增幅3.0%），抗压强度与龄期的关系符合双曲线。标准养护条件下，28 d后强度增长幅度仍不减小，56 d强度增长10%左右，而100 d强度则增长30%左右，抗压强度与龄期关系不再是双曲线，幂函数形式则更准确。

2）施工季节不同，对混凝土强度影响也比较大。夏季高温施工，当湿度得到保证时，28 d强度会有一定的提升;而冬季低温条件施工，则不利于混凝土早期强度的发挥，28 d强度大幅低于标准值。

3）不采取养护措施，混凝土的温度和湿度均无法得到保障，强度损失最严重，与标准强度相比，降低幅度高达35%。因此在实际建设工程中，对混凝土材料进行科学合理的养护过程非常必要。

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