高強混凝土的膠凝材料用量大，其水化反應放出大量的熱量，使混凝土攪拌站生產的混凝土結構內部溫度升高。高強混凝土構件內部溫度達到70℃以上是很常見的現象。
高強混凝土構件內部的高溫環境對膠凝材料中的水泥和以磨細礦渣粉、粉煤灰和硅灰為代表的礦物摻合料的水化進程產生很大影響。Taylors認為水泥的水化反應速率在高溫下顯著加快。Gallucci等發現水泥在早期高溫養護后生成的凝膠密度更大，導致孔隙率增大。Wang等證實混凝土結構內部高溫明顯促進礦物摻合料的早期活性發揮，改善高強混凝土的微結構，從而影響混凝土的力學及耐久性能。譚克峰等認為高溫環境養護的混凝土后期強度降低，摻入硅灰、粉煤灰、磨細礦渣粉可以緩解混凝土后期強度的降低。 在實驗室進行混凝土配合比試驗時，混凝土試件一般在標準條件(20℃、相對濕度RH≥90%)下養護，這與高強混凝土構件內部真實狀況相差甚遠，所得結果不能反映實際結構內部逐漸升高的溫度對混凝土性能產生的影響。Dhir等研究了標準養護和溫度匹配養護對純水泥和單摻粉煤灰混凝土強度的影響，認為內部溫升不利于純水泥混凝土強度的發展，卻有利于粉煤灰混凝土強度的發展。
目前混凝土結構驗收時，均以標準條件下養護、邊長為150mm的立方體混凝土試件的28d抗壓強度是否達到要求為基準。在混凝土結構斷面尺寸較小，混凝土強度等級不高時，試件強度基本能反映實體結構內部混凝土的性能。但是對于大體積高強混凝土結構，試件與實體結構內部混凝土的性能相距甚遠。
為了進一步研究高強混凝土構件內部的溫升對其性能的影響，探討試件與實體結構內部混凝土性能的關系，研究了標準養護、高溫養護和基于混凝土絕熱溫升曲線的溫度匹配養護(簡稱溫度匹配養護)對用純水泥、水泥–磨細礦渣粉和水泥–粉煤灰–硅灰等不同膠凝材料體系配制的高強混凝土的強度的影響。
1實驗
1.1原料
所用的膠凝材料為P·I42.5純硅酸鹽水泥、二級粉煤灰、S95級磨細高爐礦渣粉和加密硅灰。水泥及礦物摻合料的化學成分。
減水劑為聚羧酸減水劑(固體含量為20%)。粗集料為5～25mm連續級配石灰巖碎石；細集料為細度模數2.4的天然河砂，屬II區中砂。
1.2制備
根據表2配合比制備混凝土樣品。試驗過程中控制原材料與室內溫度，使混凝土的入模溫度在15℃左右。所配制的高強混凝土的28d設計強度大于70MPa。
1.3表征
高強混凝土的絕熱溫升特性采用博遠BYATC/A型混凝土絕熱溫升測定儀測定。用于抗壓強度和抗氯離子滲透性能試驗的試樣尺寸為100mm×100mm×100mm的立方體，分別采用標準養護、溫度匹配養護和50℃高溫養護等養護制度。
1)標準養護。試件成型后覆蓋塑料薄膜，在室內靜置24h后拆模，放入標準養護室內養護至規定齡期。
2)溫度匹配養護。試件混凝土成型后覆蓋塑料薄膜，迅速連模具一起放入水熱養護箱中養護7d，養護箱內溫度根據同樣配合比的混凝土的絕熱溫升曲線調整，7d后拆模，移入標準養護室內繼續養護至規定齡期。
3)高溫養護。試件混凝土成型后覆蓋塑料薄膜，迅速連模具一起放入溫度預先設置為50℃的水熱養護箱中養護7d后拆模，移入標準養護室內繼續養護至規定齡期。
按照GB/T50081《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測定3、7、28和90d齡期混凝土的立方體抗壓強度。 2結果與討論
2.1膠凝材料對混凝土絕熱溫升特性的影響
為不同膠凝材料體系高強混凝土的絕熱溫升曲線。可見溫度開始顯著上升的時間從長到短依次為水泥–粉煤灰–硅灰體系、水泥–磨細礦渣粉體系和純水泥，這反映了膠凝材料早期水化活性的高低。純水泥混凝土的早期溫升發展速率最快，水泥–磨細礦渣粉體系混凝土次之，水泥–粉煤灰–硅灰體系混凝土最慢。隨著水化齡期的延長，純水泥混凝土的溫升速率降低，水泥–磨細礦渣粉體系混凝土的溫升速率保持恒定。大約5d后水泥–磨細礦渣粉體系混凝土的溫度超過純水泥混凝土的。水泥–粉煤灰–硅灰體系混凝土的溫度持續緩慢增加，但溫升值最小。水泥–磨細礦渣粉體系混凝土、純水泥混凝土、水泥–粉煤灰–硅灰混凝土7d時的溫升值分別為51.3、48.9和40.4℃。磨細礦渣粉替代水泥并不能降低膠凝材料的水化放熱量。由于磨細礦渣粉緩慢持續的水化反應，水泥–磨細礦渣粉復合膠凝材料的最終放熱量大于純水泥的。雖然硅灰反應程度高，但粉煤灰參與反應的程度低，使體系總的放熱量偏小。
2.2養護制度對高強混凝土強度的影響
為混凝土在標準養護、溫度匹配養護和高溫養護條件下不同齡期的抗壓強度。
2.2.1標準養護
從表3可以看出，標準養護條件下，對于使用含有35%礦物摻合料的復合膠凝材料配制的混凝土LS和LF，3d抗壓強度分別比使用純水泥配制的混凝土LC的低38.4%和38.7%。這是由于3d時礦物摻合料還沒有發揮出活性，僅僅起物理填充作用。7d強度則分別比混凝土LC的低13.1%和21.6%，降低的百分比已經低于其摻量百分比，尤其是水泥–磨細礦渣粉復合膠凝材料體現出了明顯的活性。這是由于磨細礦渣粉已經開始參與水化反應，對混凝土的強度發展做出了貢獻。對于用水泥–粉煤灰–硅灰復合膠凝材料配制的混凝土LF，粉煤灰的活性低于礦渣，硅灰的活性高，但是摻量少，對強度的貢獻有限，導致其7d抗壓強度低于混凝土LS。28和90d齡期時混凝土LS和混凝土LFd的抗壓強度均超過混凝土LC的，礦物摻合料的火山灰效應開始對混凝土的強度發展產生明顯的影響。
2.2.2高溫養護
高溫養護條件下，混凝土的3d強度均大幅提高，用復合膠凝材料配制的混凝土HS和混凝土HF的抗壓強度已經超過了純水泥配制的混凝土HC的，混凝土HF的甚至達到了80.8MPa，高于其他兩種混凝土的28d強度。直到90d齡期，用復合膠凝材料配制的混凝土的強度仍持續增長。混凝土HC的后期強度增長幅度有限，28d后強度甚至始終低于混凝土LC的。這與譚克峰的研究結果一致，主要是由于高溫養護使水泥的早期反應速率大幅提高，但是早期迅速反應生成大量凝膠包覆在水泥顆粒表面阻礙了其進一步水化，導致后期反應程度降低。水泥早期迅速生成的水化產物形成的漿體結構較為疏松，后期生成的少量水化產物不足以填充其內部空隙，對漿體結構改善不多，從而使混凝土HC的強度增長幅度小。礦物摻合料的反應活性低于水泥熟料，但是高溫養護會對復合膠凝材料體系中的礦物摻合料產生明顯熱激發作用，提高其早期反應程度，增加水化產物量，使漿體結構更加致密，導致其3d強度大幅提高。特別是硅灰的熱激發效應最為明顯，使含有硅灰的混凝土HF的3d強度最高。后期礦物摻合料持續的火山灰反應使水化產物量逐漸增加，漿體結構逐漸密實，使強度不斷增加。礦渣的反應活性高于粉煤灰，高溫養護使前者在早期過多過快地參與水化反應，后期則參與不足，導致混凝土HS的90d齡期強度與混凝土LS的相差無幾，而混凝土HF的比混凝土LF的高出近10MPa。
2.2.3溫度匹配養護
在溫度匹配養護條件下，3d齡期時，水泥–磨細礦渣粉復合膠凝材料配制的混凝土MS的強度大于純水泥配制的混凝土MC，水泥–粉煤灰–硅灰復合膠凝材料配制的混凝土MF最低。7d齡期時，混凝土MF的強度大幅增長，高于混凝土MS的與混凝土MC的。轉入常溫養護后，混凝土的后期強度仍進一步提高。相比于標準養護的L組與高溫養護的H組，溫度匹配養護對水泥–礦渣復合膠凝材料配制的混凝土強度的促進作用最為明顯，在3種養護制度中的強度值為最高。溫度匹配養護對水泥–粉煤灰–硅灰復合膠凝材料配制的混凝土的促進作用不如高溫養護明顯，混凝土MF在各個齡期的強度值均沒有超過混凝土HF的。溫度匹配養護對純水泥配制的混凝土的長齡期(28和90d)強度的影響與高溫養護一樣，仍然有抑制作用。
總體而言，用純水泥配制的混凝土的長期強度在3種養護制度下都是最低的。水泥–粉煤灰–硅灰復合膠凝材料配制的混凝土的長期強度在3種養護制度下都是最高或接近最高，而且在實體結構內部條件下，其早期強度發展也令人滿意，說明適當配比的水泥–粉煤灰–硅灰三元復合膠凝材料適用于配制高強混凝土。
在不同養護條件下，各種混凝土的早期強度差異很大。但到28d以后，其差異變小。采用標準條件養護的試件進行強度測定，基本能反映實體結構內部混凝土長齡期的狀態。
2.3反應動力學因素對于高強混凝土強度發展規律的影響
水泥基材料在水化程度較低時，其水化程度近似與養護溫度和時間成正比。3種養護制度在7d以前的溫度與時間的乘積(度時積)不同，因而對混凝土水化過程的熱激發程度不同，使得3種混凝土在不同養護制度中的強度發展規律有所不同。按照Krstulovic等提出的水泥基材料水化反應的動力學模型，可將復合水泥基材料的水化反應分為3個階段，即結晶成核與晶體生長(NG)、相邊界反應(I)和擴散(D)。當復合水泥基材料水化到一定程度時，將發生反應控制機理的轉變。這種反應機制的變化，會影響反應速率，從而影響其強度發展規律。養護制度在某一時刻的度時積反映了外界輸入能量的大小，即對水泥基材料水化反應的激發程度大小。在最初的3d齡期內，標準養護的度時積最小，溫度匹配養護次之，高溫養護最大。在標準養護條件下，水泥基材料主要依靠介穩的水泥熟料礦物自身的能量進行水化，反應較為和緩，主要處于水化產物不斷增加的NG階段，導致混凝土的強度較低但持續增長。這種緩慢的增長將持續很長時間，28d以后仍然較為明顯。在高溫養護條件下，水化初期外界即輸入較多能量，使水泥漿材料迅速水化，生成大量水化產物，使混凝土獲得很高強度。由于大量水化產物的包裹，未水化顆粒的繼續水化受到阻礙，水化反應很快由NG階段或I階段進入D階段，反應速率明顯下降，混凝土的強度增長幅度變小。比較3種混凝土3d以后的強度增長幅度，發現混凝土HS與混凝土HF基本相同，混凝土HC也相差不大。這說明在高溫激發下，高活性的組分很快完全水化，各種混凝土中的膠凝材料的水化反應均由擴散控制，強度發展規律也基本相同。溫度匹配養護條件下，混凝土的初始反應溫度較低，隨后緩慢上升，混凝土被逐漸加熱，水化反應速率逐步提升，用純水泥、水泥–磨細礦渣粉復合膠凝材料與水泥–粉煤灰–硅灰復合膠凝材料配制的混凝土的最大絕熱溫升速率出現時間及對應溫度見表4。在最初的3d齡期內，外界輸入的能量介于標準養護條件與高溫養護條件之間，所以混凝土的強度也介于標準養護條件與高溫養護條件之間。
水化齡期從3d到7d，溫度匹配養護條件下，混凝土的養護溫度已升到50℃以上，逐漸升高的溫度對礦物摻合料產生持續的激發作用，膠凝材料的水化反應仍處于NG階段或I階段，以適當速率生成的水化產物使混凝土的結構更為密實，利于強度的持續發展。7d齡期以后，水化反應才進入D階段，之后混凝土強度增長幅度相對較小，相互之間的差別也變小。
對于溫度匹配養護的純水泥配制的混凝土，由于其溫升速率快(最大溫升速率對應的時間早，溫度高)，在1d以后養護溫度就超過50℃(見圖1)，與高溫養護條件相差不大，水泥水化反應劇烈，迅速形成的硬化漿體結構較為粗糙，并沒有后續生成的水化產物填充，導致混凝土早期強度高，但后期強度低于高溫養護的混凝土。對于溫度匹配養護的水泥–礦渣復合膠凝材料配制的混凝土，早期升溫較慢，2d后超過50℃，最高溫度超過65℃(見圖1)。較低的早期升溫速率對混凝土中水泥水化反應的負面作用被削弱，另一方面更高的最終溫度對礦渣產生更強的激發作用，從而使溫度匹配養護的混凝土的強度優于標準或高溫養護的混凝土。溫度匹配養護的水泥–粉煤灰–硅灰復合膠凝材料配制的混凝土，早期溫升更慢，最高溫度僅55℃，在水化3d后才達到(見圖1)；雖然對水泥早期水化的負面效應被削弱，但是對粉煤灰的火山灰反應的激發程度卻明顯偏低，致使混凝土強度低于高溫養護時。
3結論
1)礦物摻合料摻量為35%的水泥–磨細礦渣粉膠凝材料和水泥–粉煤灰–硅灰膠凝材料配制的混凝土在標準養護條件下后期強度高于純水泥混凝土。高溫養護的混凝土的早期強度大幅高于標準養護的混凝土。高溫養護和溫度匹配養護對純水泥混凝土的后期強度發展均有明顯抑制作用，但可促進復合膠凝材料混凝土的后期強度發展。
2)當膠凝材料處于水化反應明顯進行的NG或I階段時，混凝土強度隨之明顯增長。當水化反應進入擴散控制的D階段時，混凝土強度增長幅度減小，各種混凝土之間的差別也變小。
3)采用標準條件養護的試件進行強度測定，基本能反映實體結構內部混凝土長齡期的狀態。
4)水泥–粉煤灰–硅灰復合膠凝材料配制的混凝土具有最低的溫升值、最高的強度和的抗氯離子滲透性，這對于大體積高強混凝土結構最為有利，應優先采用。