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1 概述
较高的温度、相对湿度和风都将影响新拌和的、硬化着的砂浆和混凝土的性能。高温和低的相对空气湿度影响甚大，会使后期抗压强度降低，并增加毛细孔隙率。通过对不同砂浆和混凝土试块在潮湿和干燥养护条件下的试验室检验和相互比较，得出了不同温度（5℃、20℃、30℃、40℃）对各龄期（1天、2天、7天、28天和91天）强度和孔隙率的影响。潮湿的养护条件是良好的后处理方式，干燥的养护条件则被认为是不适宜的。
2 试验
用一种波特兰水泥（PZ）和三种不同的瑞士产掺混了石灰石的波特兰水泥（PKZ1、PKZ2、PKZ3）（表1）进行试验。制作试样前，将所有材料在预定的温度下至少存放两天。
表1 试验用水泥的化学成分和物理性能（按标准EN196检验）
| 水泥编号 |
PZ |
PKZ1 |
PKZ2 |
PKZ3 |
| 水泥品种和强度等级 |
CEMⅠ42.5N |
CEMⅡ/A-L32.5R |
CEMⅡ/A-L32.5R |
CEMⅡ/A-L42.5R |
| CaO |
M.-% |
63.5 |
65.8 |
61.5 |
64.6 |
| SiO2 |
M.-% |
19.2 |
18.6 |
18.5 |
17.8 |
| Al2O3 |
M.-% |
4.5 |
4.6 |
4.2 |
4.9 |
| Fe2O3 |
M.-% |
2.5 |
2.5 |
2.2 |
2.6 |
| MgO |
M.-% |
1.4 |
1.8 |
1.6 |
1.7 |
| f-CaO |
M.-% |
0.6 |
0.7 |
n.b. |
1.7 |
| Na2O |
M.-% |
0.10 |
0.10 |
0.15 |
0.29 |
| K2O |
M.-% |
0.97 |
0.93 |
0.84 |
0.84 |
| Cl |
M.-% |
n.b. |
n.b. |
0.01 |
0.02 |
| SO3 |
M.-% |
3.1 |
2.9 |
3.1 |
2.3 |
| CO2 |
M.-% |
2.1 |
6.6 |
7.5 |
7.1 |
| 烧失量 |
M.-% |
2.6 |
7.3 |
6.7 |
8.0 |
| 比表面积 |
cm2/g |
2980 |
3840 |
3490 |
4380 |
| 初凝 |
min |
226 |
192 |
162 |
192 |
| 需水量 |
M.-% |
25.9 |
24.5 |
26.7 |
30.0 |
| 抗压强度 |
2d |
N/mm2 |
26.5 |
23.7 |
26.9 |
31.1 |
| 28d |
N/mm2 |
55.7 |
49.0 |
48.9 |
54.7 |
制作混凝土试块时，每kg水泥加6.43kg砂石（颗粒级配为0～32mm，其中≤2mm 粒度者占30%），水灰比为0.58，按照标准SIA162/1制作混凝土试块，在各相应温度下养护至脱模。然后放入塑料袋内隔绝空气或置于空调室内，各于5℃、20℃、30℃、40℃下养护；或者先在5℃、20℃、30℃、40℃下放置24小时，然后继续在20℃ 下养护。养护至规定龄期后按EN12390－3对每组3块试块进行抗压强度试验。
按每kg水泥用3kg砂（最大粒径≤2mm），以0.58水灰比，按EN196成型砂浆试块，24小时后脱模。一批试块脱模后放在塑料袋中，隔绝空气，并在5℃、20℃、30℃、40℃的空调室内养护至破型检测。另一批试块脱模后直接放在5℃、20℃、30℃、40℃空调室内养护至破型检测。养护时的相对空气湿度控制为52%（5℃）、45%（20℃）、33%（30℃）、21%（40℃），并作检查和记录，相对应的绝对湿度各为3.5g/m3、7.8g/m3、10.0g/m3、10.7g/m3。按规定龄期对每组三块长方体砂浆试块进行抗折强度试验（EN196－1三点抗折试验），所得6块半截试块需作抗压强度检测。用注水法对6块半截试块（28天水化后）按SIA162/1进行孔隙体积率检验。
使用较准确的TAM、AIR、ISO 测定仪对各相应温度下进行水化的水泥净浆试块（水灰比0.4）进行水化热测定试验。5℃下的试验应在预冷却至5℃的空调室内进行，以避免形成冷凝水。
3 温度的影响
3.1 混凝土试块
各不同龄期混凝土试块的抗压强度增长情况见图1、表2和表3。
图1 PKZ3混凝土试块的抗压强度
表2 在潮湿环境及相应恒温温度下养护的混凝土试块的抗压强度（标准偏差±1N/mm2）
| 水泥编号 |
PZ |
PKZ1 |
PKZ3 |
| 养护温度（℃） |
5 |
20 |
30 |
40 |
5 |
20 |
30 |
40 |
5 |
20 |
30 |
40 |
| 抗压强度（N/mm2） |
1d |
1 |
10 |
21 |
25 |
1 |
9 |
18 |
21 |
1 |
13 |
19 |
20 |
| 2d |
6 |
19 |
27 |
30 |
4 |
18 |
23 |
25 |
7 |
20 |
23 |
23 |
| 7d |
27 |
31 |
33 |
37 |
22 |
30 |
31 |
31 |
25 |
29 |
29 |
29 |
| 28d |
43 |
40 |
39 |
4 |
38 |
37 |
38 |
35 |
41 |
35 |
37 |
34 |
| 91d |
52 |
44 |
45 |
44 |
44 |
39 |
42 |
36 |
48 |
38 |
40 |
34 |
表3 先在相应温度下养护24小时，然后继续在20℃养护至测试龄期，混凝土试块的抗压强度（标准偏差±1N/mm2）
| 水泥编号 |
PZ |
PKZ1 |
PKZ3 |
| 最初24h养护温度（℃） |
5 |
30 |
40 |
5 |
30 |
40 |
5 |
30 |
40 |
| 抗压强度（N/mm2） |
2d |
17 |
26 |
30 |
11 |
22 |
24 |
14 |
23 |
23 |
| 7d |
36 |
33 |
36 |
29 |
31 |
30 |
34 |
29 |
27 |
| 28d |
45 |
39 |
44 |
36 |
36 |
34 |
42 |
34 |
31 |
| 91d |
17 |
43 |
46 |
39 |
39 |
38 |
45 |
38 |
33 |
在不同温度下恒温养护，或在相应温度下先养护24小时，然后继续在20℃下养护，至各规定龄期测试。
考查所有试块，所处温度越高，早期强度越高。5℃养护下的试块早期强度最低。40℃养护下的各组试块的7天强度相差甚微。5℃养护下的试块强度逐渐增长，长时间增长至最高强度。石灰石波特兰水泥PKZ3、40℃养护试块的91天强度比20℃养护的同龄期试块低4N/mm2，而5℃养护的试块91天强度又比20℃养护的高10N/mm2。
这种强度差别与高温下水泥水化较快有关，因此呈现较高的早期强度。这种水化在1天后逐渐放缓，在28天就呈现出与5℃养护试块相近的强度值。与此相反，较低的温度下水泥水化进程较缓，因此早期强度低。Kjellsen和Detwiler博士从不同温度下养护的砂浆的显微结构和性能测试中得出，水泥的早期水化是溶解和沉淀的反应过程，过程的进展随温度升高而加速。但水化进程中又会形成有屏蔽作用的“包壳”，阻滞着相应阶段的水化进程。水泥矿物C2S的水化形成“包壳”则很缓慢。高温下较快形成“包壳”后，成为有效的屏障延缓着后续水化进程。
另外，进行了前期24小时的养护温度是否对7天、28天、91天强度有所影响的试验，结果见表3。混凝土试块在不同温度下养护1天后脱模，继而在20℃温度下养护至破型测试。始时处于高温或低温养护的试块的28天和91天强度略低于一直在20℃温度下恒温养护的试块的强度。见图1和表1。
可见，早期24小时养护温度对28天和91天强度产生的影响不大，这与Price教授的观点一致。他指出，早期24小时温度的高低对90天和180天强度有所影响。
3.2 砂浆试块
与混凝土试块一样，砂浆试块在高温养护时呈现较高的早期强度，见图2、表4，但后续增长相对缓慢，因此，40℃试块28天和91天强度最低。
图2 不同温度下，潮湿（塑料袋中）和干燥养护的PKZ3砂浆试块的抗压强度
表4 潮湿状态下（塑料袋中），不同恒温养护温度，砂浆试块的抗压和抗折强度
（标准偏差：抗压强度±1N/mm2，抗折强度±0.5N/mm2）
| 水泥编号 |
PZ |
PKZ1 |
PKZ2 |
PKZ3 |
| 养护温度（℃） |
5 |
20 |
30 |
40 |
5 |
20 |
30 |
40 |
5 |
20 |
30 |
40 |
5 |
20 |
30 |
40 |
| 抗压强度（N/mm2） |
1d |
1 |
9 |
18 |
23 |
1 |
8 |
16 |
19 |
1 |
11 |
18 |
22 |
1 |
9 |
16 |
20 |
| 2d |
6 |
22 |
27 |
30 |
4 |
19 |
23 |
26 |
6 |
22 |
25 |
26 |
5 |
21 |
24 |
24 |
| 7d |
24 |
36 |
36 |
36 |
22 |
33 |
333 |
33 |
24 |
33 |
33 |
32 |
25 |
32 |
30 |
30 |
| 28d |
42 |
46 |
46 |
43 |
37 |
41 |
40 |
39 |
39 |
41 |
41 |
39 |
40 |
40 |
38 |
37 |
| 91d |
51 |
50 |
50 |
40 |
45 |
45 |
40 |
39 |
46 |
48 |
50 |
47 |
47 |
46 |
41 |
43 |
| 抗折强度（N/mm2） |
1d |
0.4 |
2.8 |
4.6 |
5.6 |
0.3 |
2.7 |
4.3 |
5.0 |
0.4 |
3.5 |
5.1 |
5.5 |
0.2 |
2.7 |
4.1 |
4.5 |
| 2d |
1.9 |
5.6 |
6.2 |
6.6 |
1.5 |
5.1 |
5.6 |
5.9 |
1.8 |
5.9 |
6.4 |
6.0 |
1.6 |
5.0 |
5.4 |
5.0 |
| 7d |
5.8 |
7.5 |
7.7 |
7.3 |
5.3 |
7.0 |
6.9 |
6.5 |
5.8 |
7.7 |
7.2 |
6.5 |
5.6 |
6.4 |
6.2 |
5.5 |
| 28d |
8.6 |
8.6 |
8.4 |
8.1 |
7.4 |
8.1 |
7.5 |
7.1 |
8.3 |
8.6 |
8.3 |
7.7 |
7.4 |
7.0 |
7.5 |
6.4 |
| 91d |
9.5 |
8.8 |
8.7 |
8.3 |
9.0 |
8.5 |
8.3 |
7.5 |
9.4 |
9.4 |
9.0 |
9.2 |
8.5 |
8.2 |
7.5 |
7.4 |
5℃成型和养护的试块早期强度最低，这是由于低温下水泥水化反应（溶解和沉淀）较缓。抗折强度与抗压强度变化趋势一致，5℃养护试块早期抗折强度都最低，但28天和91天抗折强度都已增至最高。
水泥净浆水化热测量结果表明高温下水泥早期水化较快，5℃时水化较慢（见图3）。
图3 5℃、20℃、30℃、40℃下石灰石波特兰水泥PKZ1的水化热
砂浆试块1天和2天强度与水化热的对照显示，具有较高水化热的试块也具有较高的1天和2天强度。
3.3 混凝土和砂浆试块的比照
混凝土试块和砂浆试块的对照比较显示，两种体系中的抗压强度有很好的相关性（图4）。这表明，不论是混凝土还是砂浆体系，呈现的都是相同的作用机制，一个体系的试验结果是可以被另一个体系参照引用的。温度对混凝土试块28天和91天强度的影响比砂浆试块显著（图4和表4）。这可能与较细的砂会吸附较多的水，相对减少了可用水量，使水化变得缓慢有关，但这种水化变缓对于砂浆试块仅造成比较细微的差别。
图4 混凝土和砂浆试块抗压强度的参照比较
3.4 不同水泥的比较
不同水泥的砂浆试块抗压强度的比较显示，基本上波特兰水泥PZ的试块具有最高的强度（图5、表4），石灰石波特兰水泥的试块强度较低。一般而言，28天和91天强度降低与所用水泥的石灰石掺量（CaCO3 含量）增加有关，因为石灰石掺量增加，相应减少了水泥中的熟料份量。这种稀释作用，可以通过提高石灰石波特兰水泥的细度来减弱。具有最大比表面积（3840cm2/g）的石灰石波特兰水泥PKZ3，可以获得较高的期强度（尤其在5℃和20℃较低温度下更为显著）；具有较小比表面积（4380cm2/g）的PKZ1其水化较慢，早期强度也低。几天以后，在较高温度下，PKZ1和PKZ3的强度差异较少。值得注意的是PKZ2水泥（其比表面积更小，3490cm2/g），不论是在低温还是高温下均具有较高的早期强度和较高的28天和91天强度。温度对PKZ2水泥的影响较小，因此其在40℃与5℃情况下具有相同的91天强度。试验用的PKZ2水泥具有最低的Al2O3、Fe2O3 和碱含量以及最高的CaO、贝利特和SO3 含量，这应该与观测到的实验结果相关联，但其中机理现在还不清楚，试验用水泥的化学成分（表1）与其试块28天和91天强度的参照对比显示出，水泥C3S含量增加、MgO 含量减少、以及碱含量减少（略微显示）时，试块28天和91天的强度比增大，这与文献的描述相一致。
图5 40℃下不同水泥砂浆试块的抗压强度
用热量计测定水泥的水化热，表明不同水泥的水化情况有所差异（图6）。
图6 20℃下不同水泥的水化热
从水化热曲线看，波特兰水泥PZ呈现出放热峰时间相对较迟，而后是持续不断地降低。两种石灰石波特兰水泥PKZ1和PKZ2表现为峰值较早出现，而后在14～20小时下降曲线有清晰的“拱”形呈现。这两种石灰石波特兰水泥PKZ1 和PKZ2来自同一水泥生产厂家，其较为快速的水化可能与较高温度或由于石灰石的增多使水化速度加快有关。PKZ2由于比表面积相对较低而水化加速出现较早，这与检测到其较高的早期强度相一致。
4 养护的影响
不仅是温度，不同的后处理情况均对强度发展也产生至关重要的影响。同批样试块脱模后施行不同的后处理。若在干燥条件下养护，相对于潮湿养护，对早期（2天和7天）抗压强度的影响尚不显著，但后期（28天）强度明显降低（图2、表4、表5）。20～40℃温度下，在空气中养护测出的抗压强度均较小。空气中养护由于长时间地损失水分，导致试块“缺水”，因此，空气养护试块的抗压强度在7天以后几乎不再增长。检测到在5℃下空气养护对抗压强度产生显著影响，因为5℃下试块水化缓慢，同时试块又变干，在较低水化温度时就出现“缺水”。20℃、30℃、40℃的试块则因很高的水化温度使水分蒸发而出现“缺水”。
表5 不同养护温度下的干燥养护（空气相对湿度：5℃，52%；20℃、45%；30℃、33%；40℃、21%）砂浆试块的抗压和抗折强度
| 水泥编号 |
PKZ2 |
PKZ3 |
| 养护温度（℃） |
5 |
20 |
30 |
40 |
5 |
20 |
30 |
40 |
| 抗压强度（N/mm2） |
2d |
6 |
20 |
27 |
28 |
6 |
18 |
25 |
26 |
| 7d |
18 |
32 |
35 |
33 |
18 |
30 |
32 |
31 |
| 28d |
25 |
37 |
35 |
34 |
22 |
32 |
31 |
35 |
| 抗折强度（N/mm2） |
2d |
1.9 |
5.5 |
5.3 |
1.8 |
1.8 |
4.6 |
4.1 |
3.9 |
| 7d |
3.5 |
5.6 |
5.3 |
4.1 |
4.1 |
4.8 |
6.0 |
6.2 |
| 28d |
5.3 |
8.4 |
8.4 |
5.4 |
5.4 |
8.1 |
7.4 |
7.6 |
干燥养护下，抗折强度与抗压强度有不同表现。空气养护导致7天抗折强度降低。但干燥养护试块28天抗折强度比潮湿养护试块提高（有些有显著提高），5℃试块除外，见表4和表5。这一现象是由于干燥养护使混凝土或砂浆变干，过程中暂时出现收缩应力，从而降低抗折强度。但持续变干后又减少了试块表里的温度的梯度，抗折强度再次增加，以至于能超过持续在潮湿养护下的抗折强度。
结果表明，无后处理的干燥养护对28天强度的影响比温度的影响更大（图7）。较高温度和湿度较大的养护条件下的28天抗压强度比20℃潮湿养护下的强度低5%～10%；而无后处理的干燥养护的抗压强度则低10%～20%（图7、表4、表5）。高温养护实际测得个别较低的28天强度是由于试块较早变干（尤其在有风时）；温度升高则影响水化进程相对有所趋缓。
图7 温度和干湿养护条件对PKZ3砂浆试块28天抗压强度的影响
温度升高使湿养护的强度依次少许降低。干燥则使强度更大幅度降低，但减少幅度随温度升高而减少。
5 孔隙体积率
不同水泥制成的砂浆试块在潮湿养护下，28天孔隙体积率的差异不大（图8和图9）。同时，温度对28天试块的孔隙率几乎没有影响。养护开始时，较高的温度会产生较大的孔隙率，毛细孔也较多，因此具有较小的抗压强度。随后（7天和28天）的有些试块会测出相反的结果，这是由于在低温下不如在高温下容易水化和形成水化产物。在相同温度梯度下，高温会引起水化进程的不均衡分布，并导致孔隙率提高。
图8 潮湿（塑料袋中）和干燥养护下，PKZ2和PKZ3砂浆试块的28天毛细孔隙率
图9 不同水泥制成的砂浆试块在潮湿（塑料袋中）
在干燥养护下，毛细孔隙率会明显提高，凝胶孔隙率相应减少，总孔隙率以及空气孔隙和仍存冷凝水的毛细孔隙的总和在干燥养护下无改变。空气养护试块较高的毛细孔隙率和较低的凝胶孔隙率可以导致水分缺失并因此减缓水化。砂浆试块抗压强度与毛细孔隙率的关系如下：和干燥养护下的28天强度与孔隙率的关系
D＝DO（1－kP）。这里D为抗压强度，DO 为假定无毛细孔隙净（砂）浆的抗压强度，P为毛细孔隙率，k为常数。因此，毛细孔隙率越高，抗压强度越低（见图9）。
6 结论
用几种不同的瑞士产水泥进行的试验发现，在良好的后处理（足够的湿度或装入塑料袋中保湿）下，砂浆试块和混凝土试块在40℃养护温度下的28天强度都比在20℃养护温度下降低1～3N/mm2。在不适当的后处理（在空气中敞开养护）下，砂浆试块有较低的28 天强度（比良好后处理者低3～8N/mm2）以及较高的毛细孔隙率。本试验得出，较高温度下，如在炎热的夏季，有时会测得较低的28天强度，是由于温度较高使持续水化缓慢，更是由于风尤其是燥热风的作用使混凝土失水变干所致。
结果表明对试块和建筑构件进行适当后处理是非常重要的。同时，建筑构件因有不同的体积和表面积，它的湿度损失和水化减缓程度比试验试块要小也是可能的。
（杨先坤译，丁抗生审校）
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