温度对高掺量掺合料混凝土抗压强度的影响研究

引言

混凝土行业目前基本采用28d龄期标准养护试验下的试块强度作为强度的评价标准，其与真实的养护环境温度相差10～30℃，通常会导致混凝土结构的回弹强度与试块强度的差异较大。养护温度主要影响混凝土的水化程度，相关研究指出，养护温度较低时，水泥离子溶出速率下降，混凝土内部水化反应缓慢，水化程度下降，导致混凝土强度较低；养护温度较高时，混凝土内部水化反应速率过快，混凝土的密实性下降，其早期强度高，但后期强度发展缓慢甚至倒缩。

与此同时，矿物掺合料已成为现代混凝土的重要组成部分。其中，粒化高炉矿渣粉（以下简称矿粉）、粉煤灰的使用率最高，但矿粉、粉煤灰在不同温度下，其火山灰活性反应会受到影响，且在早龄期、长龄期养护下对混凝土强度的贡献率不同。

相关研究表明，粉煤灰在高温时，对混凝土的早期强度发展有利，这与传统观念中粉煤灰掺入会降低混凝土早期强度的结论不符。因此，在不同养护温度下，探索复掺粉煤灰、矿粉的复合胶凝体系对混凝土强度的影响具有十分重要的现实意义，可对混凝土的实际生产配合比提出一定的指导和建议。

1材料与方法

1.1试验材料

水泥：杭州临安南方水泥有限公司生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥，其烧矢量3.66%，比表面积353kg/m3，3、28d抗折强度分别为5.9、8.6MPa，3、28d抗压强度分别为26.9、51.4MPa。

粉煤灰：杭州禾业建筑材料有限公司生产的F类Ⅱ级粉煤灰，烧失量2.1%。

矿粉：常州中天新材料股份有限公司生产的S95级粒化高炉矿渣粉，烧失量0.2%。

细骨料：杭州安易矿业有限公司生产的机制砂，细度模数3.2，表观密度2670kg/m3；天然砂，细度模数0.6，表观密度2790kg/m3。

粗骨料：5～31.5mm碎石，表观密度2670kg/m3，含泥量0.3%。

减水剂：杭州荣达新型材料有限公司生产的聚羧酸减水剂，减水率26.2%。水：杭州仓前钱潮商品混凝土有限公司生产用水。胶凝材料的化学组成见表1。

1.2试验方法

（1）混凝土配合比与养护。混凝土的配合比设置为10组，其中，纯水泥组为基准组，3组为单掺粉煤灰（掺量11%、22%、33%），6组为复掺粉煤灰和矿粉组（粉煤灰掺量11%、22%、33%，矿粉掺量22%、33%）。混凝土的养护温度设定为10、15、20、25、30℃。具体配合比见表2。

（2）抗压强度试验。依据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》分别测试混凝土的7、28、60d抗压强度。

2结果与分析

2.1养护温度对混凝土抗压强度的影响

图1为混凝土在不同养护温度下各龄期的抗压强度。由图1（a）和（b）可知，当养护温度为10℃、单掺粉煤灰时，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的7d抗压强度比基准组分别降低23.7%、37.5%和49.3%；28d强度比基准组分别降低7.4%、25.7%和26.7%；60d强度比基准组分别降低25.3%、24.1%和17.7%。当养护温度为15℃时，混凝土的抗压强度变化趋势与养护温度为10℃时基本一致，均表现为混凝土的7d和28d强度随着粉煤灰掺量的增加而下降，60d强度随着粉煤灰掺量的增加而增大。当复掺粉煤灰与矿粉时，养护温度低于15℃时，混凝土的抗压强度随着矿粉掺量的增加，基本呈下降趋势。

由图1（c）、（d）和（e）可知，当养护温度超过20℃时，掺矿物掺合料组混凝土的28d抗压强度随着养护温度的提升与基准组的28d抗压强度差距缩小，到60d龄期时，两者的强度基本接近，这主要是因为矿物掺合料中活性硅铝质玻璃体在温度高时火山灰反应更强。当单掺粉煤灰掺量为33%、养护温度为30℃时，混凝土的60d强度发展最好。在复掺粉煤灰和矿粉的情况下，粉煤灰掺量为33%时，不适合与矿粉复掺，混凝土的整体强度偏低；当养护温度为20℃时，粉煤灰与矿粉复掺的最佳掺量为粉煤灰22%，矿粉22%；当养护温度为25℃以上时，粉煤灰与矿粉复掺的最佳掺量分别为粉煤灰22%，矿粉33%。

2.2混凝土的最佳养护温度

图2为不同温度下混凝土抗压强度随着龄期发展的模型图。

由图2可知，纯水泥体系混凝土的最佳养护温度为15～20℃。分析原因，一是在养护温度较低时，水泥的水化速率太低，混凝土的强度发展缓慢；二是相关研究表明，养护温度为30℃时的水化速率约为养护温度为20℃时的两倍，水泥的水化速率过快会导致混凝土内部微结构界面增多，混凝土强度有所降低。

对于大掺量矿物掺合料体系来说，其最佳养护温度均为25～30℃，甚至更高。当养护温度较高时，混凝土体系的碱度提升速度快，离子运动速率加快，增加有效碰撞概率，促进了矿物掺合料的火山灰反应。

结论

本文通过设定5个平均养护温度，研究其对10组不同配合比混凝土强度的影响，分析不同配合比混凝土的最佳养护温度以及不同温度下混凝土的最佳配合比，得出以下结论：

（1）当养护温度为10℃时，单掺粉煤灰混凝土的7d抗压强度比基准组低23.7%、37.5%和49.3%；28d强度比基准组低7.4%、25.7%和26.7%；60d强度比基准组低25.3%、24.1%和17.7%。当养护温度为15℃时，混凝土的抗压强度变化趋势与养护温度为10℃时基本一致。

（2）当养护温度为30℃、单掺粉煤灰掺量33%时，混凝土的60d强度发展最好。在复掺粉煤灰和矿粉的情况下，粉煤灰掺量为33%时，不适合与矿粉复掺，混凝土的整体强度偏低。当养护温度为20℃时，粉煤灰与矿粉复掺的最佳掺量为粉煤灰22%、矿粉22%；当养护温度为25℃以上时，粉煤灰与矿粉复掺的最佳掺量分别为粉煤灰22%、矿粉33%。

（3）纯水泥混凝土的最佳养护温度为15～20℃，大掺量矿物掺合料混凝土的最佳养护温度为25～30℃。（来源：《混凝土世界》2024.04）