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1.1溫度變化對水泥水化及混凝土強度的影響

混凝土拌合物是由水泥、集料、拌和用水及外加劑等組成的混合物。在混合物拌制過程中主要發生的化學變化是水泥的水化反應，水泥水化速度與水泥細度有關，同時也是隨著溫度的變化而變化的，溫度越高，反應越快。其間的關系服從普遍適用于各種物理化學反應的通用的Arrhenius定律。

根據許多學者研究，硅酸鹽水泥在常溫下水化時的激活能E值約在30—40kJ/mol之間變化。設E＝40kJ/mol，則溫度從20℃上升至40℃時反應速率k值將增加185％，溫度上升至60℃時k值將增加624％。反之，如果溫度降低至10℃和0℃（273K），則k值將分別減小44.6％和7.03％。

簡言之，如果說溫度是按算術級數升高的話，那么反應速率是在實用的溫度范圍內以每升高10℃大約增長70％的速率按幾何級數增長的，反之亦然。由此可見水化速率要比溫度的變化強烈的多。這給低溫條件下混凝土的強度增長速率提供了研究依據。

在上世紀80年代初，Carino在美國國家標準局做了一項試驗，用水灰比等于0.43的標準試件在指定溫度下澆制、密封和養護，直至指定齡期測定其抗壓強度，不同溫度下的混凝土強度增長。

試驗說明，混凝土澆筑后強度的增長速率是隨著養護溫度的增高而加快的，也是隨著齡期的增長而漸減的。溫度對混凝土強度的影響主要是在形成強度的前10d左右的時間，而對混凝土在28天后的強度影響比較小。

1.2溫度對混凝土坍落度的影響

混凝土拌和物的和易性施工經驗告訴我們，在炎熱天氣下同樣材料制成同等稠度的混凝土拌和物總要比寒冷天氣多用一些水。同樣拌和物的坍落度確實是隨著它的溫度升高而減小的。試驗結果顯示，為了使一般混凝土拌和物具有相等的坍落度（75mm），拌和物的溫度每升高10℃，每1m3就需要增加約7kg的拌和用水。

拌和物的稠度（坍落度）主要取決于固體顆粒間的相互摩擦，除了水對這種內摩擦有一定的潤滑作用以外，還與其中所含氣泡有關，空氣的存在等于增加了水泥漿含量而減少了集料含量，因此可以較為明顯地削減稠度。

氣泡的形成與水的黏滯度有關，而水的黏滯度是隨著溫度的升高而減小的。因此，在較高溫度下為使拌和物獲得同樣稠度通常需要較常溫多用一些水，以增加氣泡含量，從而增加拌合物的流動性。同樣，在低溫條件下拌和混凝土時要相應減少拌和用水，以防止用水過多產生泌水或坍落度過大的現象。

1.3低溫下的混凝土強度研究

在混凝土澆筑后尚未硬化前，低溫下內部水在結冰時體積會發生9％左右的增長，同時產生約2500kg/cm2的冰脹應力。這個應力值常常大于水泥石內部形成的初期強度值，使混凝土受到不同程度的破壞（即早期受凍破壞）而降低強度。此外，當水變成冰后，還會在骨料和鋼筋表面上產生顆粒較大的結晶，減弱水泥漿與骨料和鋼筋的黏結力，從而影響混凝土的抗壓強度。當冰凌融化后，又會在混凝土內部形成各種各樣的空隙，而降低混凝土的密實性及耐久性。由此可見，在冬季混凝土施工中，水的形態變化是影響混凝土強度增長的關鍵。

國內外許多學者對水在混凝土中的形態進行大量的試驗研究結果表明，新澆混凝土在凍結前有一段預養期，可以增加其內部液相，減少固相，加速水泥的水化作用。試驗研究還表明，混凝土受凍前預養期愈長，強度損失愈小。混凝土化凍后（即處在正常溫度條件下）繼續養護，其強度還會增長，不過增長的幅度大小不一。對于預養期長，獲得初期強度較高（如達到R28的35%）的混凝土受凍后，后期強度幾乎沒有損失。而對于安全預養期短，獲得初期強度比較低的混凝土受凍后，后期強度都有不同程度的損失。

由此可見，混凝土凍結前，要使其在正常溫度下有一段預養期，以加速水泥的水化作用，從而避免產生混凝土早期凍害。隨著混凝土齡期增加，混凝土抗凍性能也得到提高。因水泥不斷水化，可凍結水量減少，水中溶解鹽濃度隨水化深入而濃度增加，冰點也隨齡期而降低，抵抗凍融破壞的能力也隨之增強。所以延長凍結前的養護時間可以提高混凝土的抗凍性。使混凝土獲得不遭受凍害的最低強度，一般稱臨界強度，我國規定臨界強度為不低于設計標號的30%，即不得低于35kg/cm2。

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