现代工程的快速和简便施工需求，以及超长、大体积的特点促使了高性能混凝土（HPC）的广泛应用。高性能混凝土具有低水灰比、高强度、低渗透的特点。然而，低水灰比也带来了一些负面影响，如混凝土收缩增大，会造成混凝土开裂等。高温或大风等不利天气特征情况下，若混凝土浇筑后养护不及时，混凝土表面水分快速蒸发，也会形成塑性收缩裂缝。混凝土出现开裂最主要的原因是混凝土的收缩，裂缝贯穿会引起混凝土抗渗性下降，强度和耐久性降低。如何采取比较有效措施抑制混凝土收缩的产生，避免贯通裂缝的出现是品质工程一定要解决的难题。
目前研究认为，混凝土中掺入粉煤灰能够更好的降低其早期收缩，但矿粉对混凝土收缩性能的影响则没有一致的结论。张骏等研究表明，采用等量的粉煤灰或矿渣粉取代水泥，对混凝土的早期收缩及开裂性能均有一定的改善作用，粉煤灰对混凝土开裂的压制效果优于矿渣粉；LinmeiWu等研究认为，矿粉细度比水泥细度高，会增大混凝土的收缩；乔艳静等研究表明，矿渣掺量在一些范围内时可抑制混凝土的开裂；刘志勇研究表明，温度和相对湿度是影响混凝土收缩最主要的外因之一，在混凝土早期收缩阶段，养护温度越高，水泥水化越快，混凝土收缩大；冉国建等研究表明，混凝土的自由收缩值大小和收缩速率会受到养护方式的影响，相比涂刷养护剂或自然养护，塑料薄膜包裹养护的方式更优，能大大降低混凝土的自由收缩。由此可知，混凝土的原材料、环境条件以及养护方式对于混凝土的收缩大小有明显的影响。截至目前，针对混凝土早期收缩性能的研究大多是在单一环境条件下进行的，对高低温、高低湿交替环境下模拟施工现场环境条件的研究较少，而实际工程大都暴露于自然环境中，故对处于自然环境中混凝土收缩性能的研究非常有必要。
本文旨在通过研究不同自然环境条件下养护方式对各强度等级混凝土早期收缩性能的影响，为改善混凝土收缩性能提供参考。
本试验研究了C25、C35、C50、C55共4个强度混凝土的早期收缩性能，具体试验配合比见表3。拌制混凝土时适当调整外加剂掺量，使混凝土拌合物坍落度控制在（220±20）mm。
（1）早期收缩试验：采用中国建科院CABR-NES型非接触式混凝土收缩变形测定仪，设备和试验方法均符合GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能测试方法标准》。具体环境条件见表4。
（2）坍落度及扩展度：参照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能测试方法标准》进行测试。
（3）混凝土抗压强度：参照GB/T50081-2019《普通混凝土物理力学性能测试方法标准》进行测试。
试验配制了C25、C35、C50、C55强度等级混凝土，各强度等级混凝土的拌合物状态及其7、28d抗压强度测试结果见表5。
由表5可知，各等级混凝土拌合物状态良好，施工性能和抗压强度均契合设计要求。
各强度等级混凝土在不同环境下，采用非密封的养护方式来进行早期收缩试验，试验真正开始前，调整收缩测量仪的传感器使其稳定在最佳测量范围内保持0.5h，再开始试验。具体的环境条件和试验结果见表6和图1。
由表6和图1可知：（1）部分C25、C35、C50、C55等级混凝土样品在水化早期（约4h内）出现不同程度的膨胀现象，这主要是由于随着水泥水化的进行产生较大热量，温度上升会使混凝土产生受热膨胀，若早期混凝土的受热膨胀效果大于收缩，综合起来早期会表现为膨胀，随着水泥水化反应的进行，水泥水化产生的收缩效应开始超过膨胀效应。与其他样品相比，C50-5#和C55-5#外界温度最低，水泥水化速率慢，膨胀峰值出现的时间也推迟，故表6中C50-5#和C55-5#混凝土4h龄期时仍是膨胀状态。
（2）在非雨天无风条件下，温度对早期收缩影响很大，随着温度的升高，各强度等级混凝土的收缩率和收缩速率均增大。通常早期混凝土的极限拉应变在300×10-6左右，当温度超过25℃，混凝土的收缩率和收缩速率飞速增加，C25-3#、C35-3#、C50-2#、C55-2#混凝土4h内收缩率分别为1970×10-6、892×10-6、2728×10-6、2792×10-6，均已超过收缩开裂极限，而当温度达到约30℃时，C25-2#、C35-2#、C50-2#、C55-2#混凝土2h小时内收缩率就已经超出收缩开裂极限。分析问题大多是由于温度越高，混凝土由于蒸发造成的水份散失越多，相应收缩率越大，且温度越高，水泥水化越快，混凝土收缩速率也相应加快。故在温度较低的条件下施工，能降低混凝土收缩率及收缩速率。
（3）C25-2#与C25-3#混凝土3d总收缩率接近，而C25-3#混凝土收缩速率较慢，这是由于有风环境会加速混凝土表面水份蒸发造成混凝土3d总收缩增加，但环境和温度对混凝土早期收缩速率的影响更大，且对C25混凝土来说，五级风环境对混凝土收缩率的影响相当于气温升高3℃对混凝土收缩率的影响；在C35混凝土试验中，C35-2#混凝土4h收缩率只有C35-1#的1/2，8h、3d收缩率只有3/4。根据结果得出，对于C35混凝土来说，五级风环境对混凝土收缩率的影响小于气温升高5℃对混凝土收缩率的影响。故有风环境会增大混凝土收缩率，但温度对混凝土收缩性能的影响更为显著。
（4）由C35-3#与C35-4#、C50-4#与C50-6#、C55-4#与C55-6#试验结果可知，试验环境和温度接近，而在雨天试验时，混凝土收缩速率和收缩率均较小，其中，C35-4#混凝土4h收缩率比C35-3#低703×10-6，8h及3d收缩率比C35-3#低1600×10-6以上，4、8h收缩占比也相应降低。这是由于在雨天试验时，环境湿度大，混凝土失水干燥慢，早期收缩率明显降低，收缩速率也减慢。
由C35-4#与C35-6#试验结果可知，C35-4#混凝土4、8h收缩率高于C35-6#混凝土，而总收缩率接近，这是由于C35-4#混凝土温度比较高，收缩速率比C35-6#的快，3d总收缩率接近表明，雨天环境湿度对混凝土收缩性能的影响相当于温度降低13℃对混凝土收缩性能的影响；由C50-5#与C50-6#、C55-5#与C55-6#试验结果可知，C50-6#混凝土收缩率小于C50-5#混凝土的收缩率，C55-6#混凝土收缩率小于C55-5#混凝土收缩率。试验根据结果得出，雨天环境湿度对混凝土收缩性能的影响大于温度降低5℃对混凝土收缩性能的影响，进一步验证了C35-4#与C35-6#试验结果。
故雨天施工有助于提高环境湿度，以此来降低混凝土早期收缩，施工后浇水养护更有助于降低混凝土早期收缩率和收缩速率。
（5）由C50和C55等级混凝土收缩试验结果可知，在同一环境条件下，C55等级混凝土均比C50等级混凝土3d收缩率高。分析原因是由于C55等级混凝土配合比胶凝材料总量高40kg/m3，其中水泥用量比C50高20kg/m3，同一环境条件下，水泥用量越高，水泥水化消耗的水越多，混凝土早期收缩率越大，而收缩速率变化不明显。
不同强度等级混凝土在室外密封条件下进行收缩试验，试验季节为夏季，白天环境平均温度约35℃，晚上温度降低5～10℃，收缩试验结果见表7和图2。
由表7和图2可知：（1）在密封条件下，C25-7#、C35-7#混凝土长期处在呈膨胀状态，是由于C25-7#、C35-7#混凝土水胶比较大，分别为0.57和0.45，密封状态下水份散失较少，有足够的水份提供水泥水化，故自收缩较小，水化温升导致的膨胀占主导作用，混凝土最终表现为膨胀状态。C50-7#混凝土3d总收缩率是同温度条件下C50-1#的1/24，C55-7#混凝土3d总收缩率低于同温度条件下C55-1#的1/6，说明在密封条件下，混凝土收缩相对于非密封条件下的大幅度降低，这是由于密封状态下水份散失显著减少，胶凝材料水化随着养护时间延长而越来越充分，毛细孔中自由水大部分已被水化消耗，混凝土内部微观结构更致密，混凝土收缩减小。故密封是降低混凝土早期收缩的有效措施。
（2）对比不同强度等级混凝土早期收缩发现，由于白天夜间温度波动影响，引起混凝土热胀冷缩，收缩率下降和升高来回切换，变换周期约24h，与文献中提到的混凝土内部温湿度变化规律吻合。但由于C50-7#、C55-7#混凝土胶凝材料（尤其水泥用量）多、水胶比低，引起早期水泥水化越快，消耗的水越多，混凝土自收缩在总收缩中占比提高，造成混凝土总收缩率增大，故C50-7#、C55-7#混凝土早期收缩比C25-7#、C35-7#混凝土显著增加，通常早期混凝土的极限拉应变在300×10-6左右，也就是说，C55-7#混凝土3d收缩率仍超出混凝土极限拉伸应变，早期收缩开裂风险任旧存在。对于C25、C35低强度混凝土而言，水胶比较大，内部自由水较充足，大部分混凝土收缩是因为水份蒸发引起的干燥收缩，因此延长湿润养护时间能够明显降低收缩，基本避免了早期收缩引起的开裂。而C50及以上高强度混凝土仍需通过掺入合适的膨胀剂、纤维等措施才能避免早期收缩引起的开裂。
表8为热胀冷缩造成的混凝土收缩与膨胀的差值。由表8可知，由于温差引起的混凝土收缩与膨胀的差值（图2最大收缩与最大膨胀纵坐标之差）均超过300×10-6，最高的超过400×10-6。以热胀冷缩差值判断，在夏天白天高温时施工后密封，各混凝土仍然有开裂的风险，故应尽可能的避免在夏天高温时段施工。
本文研究了不同环境条件下密封养护、自然养护2种养护方式对不同强度等级混凝土早期收缩性能的影响，基于测得的不同龄期混凝土试件的收缩结果，得出以下结论：
（1）室外非密封施工时，对混凝土早期收缩的环境影响因素中，温度影响最大，温度越高，混凝土早期收缩率越大、收缩速率越快；其次，环境湿度影响也较大，阴雨天（湿度大）施工时混凝土收缩率、收缩速率均大幅度降低；水泥用量也影响混凝土早期收缩，水泥用量越高，混凝土早期收缩越大；风对混凝土收缩率、收缩速率有一定影响，会使收缩率、收缩速率增大，但影响相对较小。
（2）室外密封条件下，混凝土早期收缩率、收缩速率均明显减小，混凝土早期收缩开裂风险明显降低，但由于温度高、昼夜温差大，收缩率与膨胀差值较大，仍有一定的收缩开裂可能性，其中C55高强混凝土早期收缩率仍超出收缩开裂极限应变，收缩开裂风险仍较大。
（3）为降低混凝土收缩开裂风险，应尽可能的避免在夏天高温时段、大风天气、强日照时间施工，终凝后尽快浇水养护，并采取密封养护措施，施工后尽快密封，当温度比较高时需在施工2h内密封，密封时间3d以上，条件允许时应尽量延长密封养护时间。（来源：《混凝土世界》2023.03）返回搜狐，查看更加多