徐國強(qiáng) 劉玲玉 黑智濤

（1華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院， 河北 唐山 063009；2河北省地震工程研究中心， 河北 唐山 063009）

早齡期混凝土不單指時(shí)間上的早，而用來指混凝土水化程度或者說混凝土的成熟度比較合適[1]。在早齡期養(yǎng)護(hù)階段，混凝土水化反應(yīng)進(jìn)行的比較快，內(nèi)部微結(jié)構(gòu)快速形成，即使沒有外力的作用，早齡期混凝土快速水化產(chǎn)生的較大水化熱及水化過程中混凝土的自干燥現(xiàn)象使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，這些在早齡期形成的裂縫可能對混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性產(chǎn)生一定影響[2]。在澆筑初期，由于混凝土材料的離散性較大，混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量隨時(shí)間的變化是一個(gè)不斷強(qiáng)化發(fā)展的過程，為保證施工和使用階段混凝土力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)和使用要求，首先要保證混凝土在澆筑后有充足的養(yǎng)護(hù)時(shí)間和養(yǎng)護(hù)條件[3]。但在實(shí)際工程中，為了加快施工進(jìn)度，往往混凝土在早齡期就要處于服役狀態(tài)，這需要我們調(diào)節(jié)好混凝土早齡期力學(xué)性能和施工進(jìn)度的關(guān)系，并掌握好混凝土在早齡期階段何時(shí)能夠承受荷載。因此，研究混凝土的早齡期力學(xué)性能對滿足施工中混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用要求、保證結(jié)構(gòu)安全、合理提高施工速度具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

1 早齡期混凝土抗壓強(qiáng)度研究

實(shí)際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)在早齡期階段就會(huì)處于服役狀態(tài)，為確?；炷两Y(jié)構(gòu)在早期階段服役的安全性，有必要深入了解早齡期混凝土抗壓強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律。

李曉芬[4]通過對比不同強(qiáng)度等級的混凝土在3d、7d、14d、28d的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律，得到不同強(qiáng)度等級的混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期增長而增大，特別是7d前抗壓強(qiáng)度增長較快，7d～28d的抗壓強(qiáng)度增長較緩慢。沈毅[5]通過對比研究普通混凝土（C40）和高強(qiáng)混凝土（C80）在早齡期抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律，結(jié)果表明，C40混凝土抗壓強(qiáng)度在早齡期增長較為緩慢，養(yǎng)護(hù)7d時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到28d抗壓強(qiáng)度的63%，而C80混凝土抗壓強(qiáng)度在早齡期增長較快，養(yǎng)護(hù)2d時(shí)達(dá)到28d抗壓強(qiáng)度的67%，其后增長速率變緩。Kahouadji、Qstergaard等[6-7]對早齡期混凝土抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律以及影響因素進(jìn)行分析，得出7d前混凝土抗壓強(qiáng)度增長速率較快，隨后逐漸變緩；而早齡期混凝土抗壓強(qiáng)度的增長規(guī)律受多種因素影響，不僅與混凝土配合比有關(guān)，還與養(yǎng)護(hù)溫度有關(guān)，較高的初期養(yǎng)護(hù)溫度可以加速水化反應(yīng)，提高早齡期混凝土抗壓強(qiáng)度。

混凝土作為一種復(fù)合材料，其摻合料與外加劑的摻量對早齡期混凝土抗壓強(qiáng)度的發(fā)展具有一定影響，在配制混凝土?xí)r，摻入適量的摻合料與外加劑可以有效的提高早齡期混凝土抗壓強(qiáng)度。曹雄[8]研究了沸石粉摻合料對早齡期混凝土抗壓強(qiáng)度的額影響，研究表明，摻入20%的沸石粉可以明顯增強(qiáng)混凝土28d前抗壓強(qiáng)度，且3d前抗壓強(qiáng)度增長速率最快。吳浪[9]在配制混凝土?xí)r摻入高效減水劑，研究混凝土抗壓強(qiáng)度在3d、7d、14d、28d的增長規(guī)律，并與不添加減水劑的普通混凝土進(jìn)行對比，研究表明，高效減水劑可以有效的提高早齡期混凝土抗壓強(qiáng)度，摻高效減水劑的混凝土養(yǎng)護(hù)3d時(shí)抗壓強(qiáng)度與普通混凝土極為接近，7d齡期時(shí)比普通混凝土抗壓強(qiáng)度平均增大5%，14d和28d齡期平均增大10%～15%，且增長幅度較為穩(wěn)定。趙劍等[10]對摻有15%、25%、35%粉煤灰的混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，不同粉煤灰摻量的混凝土在7d前抗壓強(qiáng)度增長速率較快，7d后增長較平緩；同一齡期下，當(dāng)粉煤灰摻量為25%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度最大，粉煤灰摻量為35%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度最小，說明適量的粉煤灰有利于混凝土抗壓強(qiáng)度的發(fā)展。楊超越[11]針對C60高強(qiáng)混凝土，通過試驗(yàn)研究了摻入50%礦粉對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，研究表明，摻入50%礦粉的高強(qiáng)混凝土，7d前抗壓強(qiáng)度小于基準(zhǔn)混凝土（未摻礦粉），7d～28d抗壓強(qiáng)度大于基準(zhǔn)混凝土，且增長速率明顯大于基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度的增長速率。

2 早齡期混凝土抗拉強(qiáng)度研究

在早齡期階段，混凝土抗拉強(qiáng)度相對于抗壓強(qiáng)度而言非常小，但是抗拉強(qiáng)度的增長速度要比抗壓強(qiáng)度快[12]。早齡期混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度不僅發(fā)展規(guī)律相似，其影響抗拉強(qiáng)度發(fā)展的因素也大致相同，包括混凝土強(qiáng)度等級、膠凝材料種類、養(yǎng)護(hù)條件等[13]。

從國內(nèi)外研究中得知，早齡期混凝土抗拉強(qiáng)度一般采用劈裂法和軸心拉伸法檢測，但劈裂抗拉強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系還沒有確切的定論。李曉芬[4]分別用軸心法和劈裂法對早齡期混凝土進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3d、7d、14d、28d的混凝土，其劈裂抗拉強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度均隨齡期的增長而逐漸增大，且7d前增長速率較快，后期較為平緩；劈裂抗拉強(qiáng)度與軸心抗拉強(qiáng)度之比隨齡期增長而增大，當(dāng)齡期為3d、7d時(shí)，二者之比小于1，齡期為14d、28d時(shí)，二者之比大于1；此外，李曉芬提出，對于普通混凝土結(jié)構(gòu)而言，用劈裂抗拉強(qiáng)度代替軸心抗拉強(qiáng)度是可行的，可以滿足工程需要，但是對于早齡期混凝土，由于早期抗拉強(qiáng)度較低，用劈裂抗拉強(qiáng)度代替軸心抗拉強(qiáng)度是不安全的。

在鋼筋混凝土工程中，早齡期混凝土抗拉強(qiáng)度大多數(shù)是采用劈裂法，主要是由于軸心受拉試驗(yàn)難度較大[4]。徐仲卿[14]以C40混凝土為研究對象，測其12h、13h、7d、14d、28d的劈裂抗拉強(qiáng)度，研究表明，7d前劈拉強(qiáng)度較7d后增長速率快，且表現(xiàn)為非線性增長。劉東京[15]通過研究混凝土在早齡期劈裂抗拉強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，發(fā)現(xiàn)早齡期混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律與抗壓強(qiáng)度類似，7d前增長速度較快，7d～28d增長較為平緩。混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)中，由于不能完全保證拉力全部作用在混凝土的幾何中心處，可能會(huì)出現(xiàn)偏心受力，從而測得的抗拉強(qiáng)度誤差增大。陳萌等[16]在軸心法測抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)中采用預(yù)埋拉桿式，即在試塊兩端各設(shè)一根鋼筋作為拉桿，使拉力通過預(yù)埋鋼筋傳遞到混凝土試件中，研究表明，14d前軸心抗拉強(qiáng)度增長速度非?？?，在3d齡期時(shí)的軸心抗拉強(qiáng)度基本上可達(dá)到其28d強(qiáng)度的70%左右，14d齡期時(shí)的軸心抗拉強(qiáng)度基本上可達(dá)到其28d強(qiáng)度的80%～90%左右，隨后，軸心抗拉強(qiáng)度發(fā)展速度變緩并逐漸趨于穩(wěn)定。

3 早齡期混凝土彈性模量研究

混凝土彈性模量作為混凝土材料性能計(jì)算的重要參數(shù)，眾多學(xué)者采用不同的試驗(yàn)原理與試驗(yàn)方法，分別對早齡期混凝土靜彈性模量和動(dòng)彈性模量進(jìn)行了研究，并得到相應(yīng)的研究成果。

在早齡期混凝土靜彈性模量的試驗(yàn)研究中，一般運(yùn)用力學(xué)原理，在混凝土彈性范圍內(nèi)進(jìn)行加壓，使其發(fā)生彈性變形，然后利用應(yīng)力-應(yīng)變曲線來確定靜彈性模量值。劉昊[17]根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的試驗(yàn)方法，研究不同水膠比的混凝土在2d～7d的靜彈性模量變化規(guī)律，研究表明，不同水膠比的早齡期混凝土，其靜彈性模量隨齡期的增長而增大。徐仲卿[14]對早齡期混凝土施加荷載，荷載由試驗(yàn)機(jī)上的荷載傳感器測得，根據(jù)試件受壓面積折算為應(yīng)力，試件表面貼應(yīng)變片測得應(yīng)變的變化，通過應(yīng)力-應(yīng)變曲線得到相應(yīng)齡期的靜彈性模量。研究表明，28d前混凝土靜彈性模量處于增長狀態(tài)，7d前靜彈性模量增長速率最快，7d時(shí)靜彈性模量可達(dá)到28d的80%左右。

混凝土的動(dòng)彈性模量一般運(yùn)用振動(dòng)原理或超聲波脈沖原理測定混凝土材料發(fā)生的微小應(yīng)力-應(yīng)變過程，從而得到混凝土的動(dòng)彈性模量。振動(dòng)法是測量動(dòng)彈性模量的方法之一，但是振動(dòng)法要求試件具有一定的長、寬、高比例，且呈桿狀，在試驗(yàn)中具有一定的局限性，而超聲波無損檢測法通常受構(gòu)件尺寸以及試驗(yàn)環(huán)境的影響較小，適用范圍較廣[18]。Mesbah等[19]運(yùn)用超聲波檢測技術(shù)研究早齡期高性能混凝土動(dòng)彈性模量的發(fā)展規(guī)律，并通過數(shù)值模擬得到了動(dòng)彈性模量和靜彈性模量之間的關(guān)系，即錯(cuò)誤！未找到引用源。，但推斷的公式具有一定的局限性，并不適用于所有混凝土。張玉敏等[20]研究了不同強(qiáng)度等級（C15、C30、C40）混凝土在齡期為7d、14d、21d、28d的超聲波速和動(dòng)彈性模量，并將超聲波速和動(dòng)彈性模量進(jìn)行一次擬合和二次擬合，研究表明，隨著齡期的增長，超聲波速和動(dòng)彈性模量逐漸增大，14d前增長較快，且二次函數(shù)曲線更接近實(shí)測曲線。劉宏偉[18]分別采用無損檢測法和液壓式壓力機(jī)加壓法研究混凝土28d前靜彈性模量和動(dòng)彈性彈性模量的變化規(guī)律，并將靜彈性模量和動(dòng)彈性模量進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明，隨齡期的增長，靜彈性模量和動(dòng)彈性模量逐漸增大，特別是3d前增長速率較快，后期增長速率較緩慢；兩種彈性模量在28d前的差異比較大，動(dòng)彈性模量明顯高于靜彈性模量，且齡期越早，差異越大。

4 結(jié)語

目前關(guān)于早齡期混凝土在抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量三個(gè)方面，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究工作，并取得了一定的研究成果。一般情況下，混凝土在早齡期階段，其力學(xué)性能指標(biāo)快速增長，隨后趨于平緩。但在具體試驗(yàn)中，比如軸心法檢測早齡期混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)很難保證拉力完全作用于試件的幾何中心處，導(dǎo)致誤差增大，振動(dòng)法檢測早齡期混凝土動(dòng)彈性模量時(shí)由于試件尺寸的不同而具有一定局限性，還需要人們在今后的研究中對試驗(yàn)方法進(jìn)行完善與改進(jìn)；此外文中綜述的早齡期混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度和軸心抗拉強(qiáng)度的關(guān)系還沒有統(tǒng)一定論，仍有待于進(jìn)一步解決。

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劉玲玉，女，華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，土木工程專業(yè)，在讀碩士。

黑智濤，男，華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，土木工程專業(yè)，在讀碩士。