早龄期混凝土力学性能研究现状

徐国强 刘玲玉 黑智涛

（1华北理工大学建筑工程学院， 河北 唐山 063009；2河北省地震工程研究中心， 河北 唐山 063009）

早龄期混凝土不单指时间上的早，而用来指混凝土水化程度或者说混凝土的成熟度比较合适[1]。在早龄期养护阶段，混凝土水化反应进行的比较快，内部微结构快速形成，即使没有外力的作用，早龄期混凝土快速水化产生的较大水化热及水化过程中混凝土的自干燥现象使混凝土内部产生裂缝，这些在早龄期形成的裂缝可能对混凝土结构的使用寿命和安全性产生一定影响[2]。在浇筑初期，由于混凝土材料的离散性较大，混凝土的抗压强度、抗拉强度、弹性模量随时间的变化是一个不断强化发展的过程，为保证施工和使用阶段混凝土力学性能满足设计和使用要求，首先要保证混凝土在浇筑后有充足的养护时间和养护条件[3]。但在实际工程中，为了加快施工进度，往往混凝土在早龄期就要处于服役状态，这需要我们调节好混凝土早龄期力学性能和施工进度的关系，并掌握好混凝土在早龄期阶段何时能够承受荷载。因此，研究混凝土的早龄期力学性能对满足施工中混凝土结构的设计和使用要求、保证结构安全、合理提高施工速度具有重要的理论意义和工程应用价值。

1 早龄期混凝土抗压强度研究

实际工程中，混凝土结构在早龄期阶段就会处于服役状态，为确保混凝土结构在早期阶段服役的安全性，有必要深入了解早龄期混凝土抗压强度的发展规律。

李晓芬[4]通过对比不同强度等级的混凝土在3d、7d、14d、28d的抗压强度变化规律，得到不同强度等级的混凝土抗压强度随龄期增长而增大，特别是7d前抗压强度增长较快，7d～28d的抗压强度增长较缓慢。沈毅[5]通过对比研究普通混凝土（C40）和高强混凝土（C80）在早龄期抗压强度变化规律，结果表明，C40混凝土抗压强度在早龄期增长较为缓慢，养护7d时，混凝土抗压强度达到28d抗压强度的63%，而C80混凝土抗压强度在早龄期增长较快，养护2d时达到28d抗压强度的67%，其后增长速率变缓。Kahouadji、Qstergaard等[6-7]对早龄期混凝土抗压强度的变化规律以及影响因素进行分析，得出7d前混凝土抗压强度增长速率较快，随后逐渐变缓；而早龄期混凝土抗压强度的增长规律受多种因素影响，不仅与混凝土配合比有关，还与养护温度有关，较高的初期养护温度可以加速水化反应，提高早龄期混凝土抗压强度。

混凝土作为一种复合材料，其掺合料与外加剂的掺量对早龄期混凝土抗压强度的发展具有一定影响，在配制混凝土时，掺入适量的掺合料与外加剂可以有效的提高早龄期混凝土抗压强度。曹雄[8]研究了沸石粉掺合料对早龄期混凝土抗压强度的额影响，研究表明，掺入20%的沸石粉可以明显增强混凝土28d前抗压强度，且3d前抗压强度增长速率最快。吴浪[9]在配制混凝土时掺入高效减水剂，研究混凝土抗压强度在3d、7d、14d、28d的增长规律，并与不添加减水剂的普通混凝土进行对比，研究表明，高效减水剂可以有效的提高早龄期混凝土抗压强度，掺高效减水剂的混凝土养护3d时抗压强度与普通混凝土极为接近，7d龄期时比普通混凝土抗压强度平均增大5%，14d和28d龄期平均增大10%～15%，且增长幅度较为稳定。赵剑等[10]对掺有15%、25%、35%粉煤灰的混凝土进行抗压强度试验，试验结果表明，不同粉煤灰掺量的混凝土在7d前抗压强度增长速率较快，7d后增长较平缓；同一龄期下，当粉煤灰掺量为25%时，混凝土抗压强度最大，粉煤灰掺量为35%时，混凝土抗压强度最小，说明适量的粉煤灰有利于混凝土抗压强度的发展。杨超越[11]针对C60高强混凝土，通过试验研究了掺入50%矿粉对混凝土抗压强度的影响，研究表明，掺入50%矿粉的高强混凝土，7d前抗压强度小于基准混凝土（未掺矿粉），7d～28d抗压强度大于基准混凝土，且增长速率明显大于基准混凝土抗压强度的增长速率。

2 早龄期混凝土抗拉强度研究

在早龄期阶段，混凝土抗拉强度相对于抗压强度而言非常小，但是抗拉强度的增长速度要比抗压强度快[12]。早龄期混凝土抗拉强度与抗压强度不仅发展规律相似，其影响抗拉强度发展的因素也大致相同，包括混凝土强度等级、胶凝材料种类、养护条件等[13]。

从国内外研究中得知，早龄期混凝土抗拉强度一般采用劈裂法和轴心拉伸法检测，但劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度之间的关系还没有确切的定论。李晓芬[4]分别用轴心法和劈裂法对早龄期混凝土进行抗拉强度试验，标准养护3d、7d、14d、28d的混凝土，其劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度均随龄期的增长而逐渐增大，且7d前增长速率较快，后期较为平缓；劈裂抗拉强度与轴心抗拉强度之比随龄期增长而增大，当龄期为3d、7d时，二者之比小于1，龄期为14d、28d时，二者之比大于1；此外，李晓芬提出，对于普通混凝土结构而言，用劈裂抗拉强度代替轴心抗拉强度是可行的，可以满足工程需要，但是对于早龄期混凝土，由于早期抗拉强度较低，用劈裂抗拉强度代替轴心抗拉强度是不安全的。

在钢筋混凝土工程中，早龄期混凝土抗拉强度大多数是采用劈裂法，主要是由于轴心受拉试验难度较大[4]。徐仲卿[14]以C40混凝土为研究对象，测其12h、13h、7d、14d、28d的劈裂抗拉强度，研究表明，7d前劈拉强度较7d后增长速率快，且表现为非线性增长。刘东京[15]通过研究混凝土在早龄期劈裂抗拉强度发展规律，发现早龄期混凝土劈裂抗拉强度的发展规律与抗压强度类似，7d前增长速度较快，7d～28d增长较为平缓。混凝土的轴心抗拉强度试验中，由于不能完全保证拉力全部作用在混凝土的几何中心处，可能会出现偏心受力，从而测得的抗拉强度误差增大。陈萌等[16]在轴心法测抗拉强度的试验中采用预埋拉杆式，即在试块两端各设一根钢筋作为拉杆，使拉力通过预埋钢筋传递到混凝土试件中，研究表明，14d前轴心抗拉强度增长速度非常快，在3d龄期时的轴心抗拉强度基本上可达到其28d强度的70%左右，14d龄期时的轴心抗拉强度基本上可达到其28d强度的80%～90%左右，随后，轴心抗拉强度发展速度变缓并逐渐趋于稳定。

3 早龄期混凝土弹性模量研究

混凝土弹性模量作为混凝土材料性能计算的重要参数，众多学者采用不同的试验原理与试验方法，分别对早龄期混凝土静弹性模量和动弹性模量进行了研究，并得到相应的研究成果。

在早龄期混凝土静弹性模量的试验研究中，一般运用力学原理，在混凝土弹性范围内进行加压，使其发生弹性变形，然后利用应力-应变曲线来确定静弹性模量值。刘昊[17]根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》中规定的试验方法，研究不同水胶比的混凝土在2d～7d的静弹性模量变化规律，研究表明，不同水胶比的早龄期混凝土，其静弹性模量随龄期的增长而增大。徐仲卿[14]对早龄期混凝土施加荷载，荷载由试验机上的荷载传感器测得，根据试件受压面积折算为应力，试件表面贴应变片测得应变的变化，通过应力-应变曲线得到相应龄期的静弹性模量。研究表明，28d前混凝土静弹性模量处于增长状态，7d前静弹性模量增长速率最快，7d时静弹性模量可达到28d的80%左右。

混凝土的动弹性模量一般运用振动原理或超声波脉冲原理测定混凝土材料发生的微小应力-应变过程，从而得到混凝土的动弹性模量。振动法是测量动弹性模量的方法之一，但是振动法要求试件具有一定的长、宽、高比例，且呈杆状，在试验中具有一定的局限性，而超声波无损检测法通常受构件尺寸以及试验环境的影响较小，适用范围较广[18]。Mesbah等[19]运用超声波检测技术研究早龄期高性能混凝土动弹性模量的发展规律，并通过数值模拟得到了动弹性模量和静弹性模量之间的关系，即错误！未找到引用源。，但推断的公式具有一定的局限性，并不适用于所有混凝土。张玉敏等[20]研究了不同强度等级（C15、C30、C40）混凝土在龄期为7d、14d、21d、28d的超声波速和动弹性模量，并将超声波速和动弹性模量进行一次拟合和二次拟合，研究表明，随着龄期的增长，超声波速和动弹性模量逐渐增大，14d前增长较快，且二次函数曲线更接近实测曲线。刘宏伟[18]分别采用无损检测法和液压式压力机加压法研究混凝土28d前静弹性模量和动弹性弹性模量的变化规律，并将静弹性模量和动弹性模量进行对比分析，结果表明，随龄期的增长，静弹性模量和动弹性模量逐渐增大，特别是3d前增长速率较快，后期增长速率较缓慢；两种弹性模量在28d前的差异比较大，动弹性模量明显高于静弹性模量，且龄期越早，差异越大。

4 结语

目前关于早龄期混凝土在抗压强度、抗拉强度、弹性模量三个方面，国内外学者进行了大量研究工作，并取得了一定的研究成果。一般情况下，混凝土在早龄期阶段，其力学性能指标快速增长，随后趋于平缓。但在具体试验中，比如轴心法检测早龄期混凝土抗拉强度时很难保证拉力完全作用于试件的几何中心处，导致误差增大，振动法检测早龄期混凝土动弹性模量时由于试件尺寸的不同而具有一定局限性，还需要人们在今后的研究中对试验方法进行完善与改进；此外文中综述的早龄期混凝土劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度的关系还没有统一定论，仍有待于进一步解决。

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刘玲玉，女，华北理工大学建筑工程学院，土木工程专业，在读硕士。

黑智涛，男，华北理工大学建筑工程学院，土木工程专业，在读硕士。