在冬季条件下，对钢筋混凝土梁施工过程中水化温度变化的实验研究

大尺寸钢筋混凝土梁在冬夏季节下的水化反应及热行为研究表明：新鲜混凝土温度是水化反应的主要启动因素，冬季低温（尤其低于-15℃）下即使使用外加剂，水化仍会显著延迟，而白天浇筑结合温室塑料覆盖可有效利用太阳能提升内部温度，促进水化进程。实验证实，温度-时间因素与3天抗压强度呈正相关，冬季混凝土强度发展较夏季平均下降39%。研究强调需严格控制混凝土入模温度（>5℃）、合理使用促凝剂，并结合环境措施（如温室覆盖、加热）确保冬季施工质量。

　　
该研究聚焦于冬季条件下大尺寸钢筋混凝土梁的热行为和水化进程，通过对比夏季与不同冬季温度场景下的实验数据，揭示了环境因素对混凝土早期性能的关键影响。研究团队在土耳其埃尔祖鲁姆理工大学 Civil 工程系开展了为期数月的系统性实验，共制备11组不同工况的混凝土梁样本，涵盖实验室标准环境、露天夏季环境以及两个冬季温度区间（-15℃以下和-15℃至5℃）。通过埋设热电偶传感器连续监测72小时内部温度变化，结合抗压强度测试，首次完整呈现了大型结构体在真实冬季环境下的水化动态。

**1. 研究背景与意义**
混凝土水化反应受温度制约显著，低温环境易导致反应停滞，引发内部微裂缝和强度不足。现有研究多基于实验室模拟或人工控温环境，缺乏对真实冬季施工场景的量化分析。本研究突破传统尺度限制，采用4500mm长、500mm宽、300mm高的标准化梁体（图1），其尺寸模拟实际工程中的主要承重构件，确保实验数据可迁移至现场应用。特别关注未添加外加剂与添加促凝剂（MSET FTP 3000）两种混凝土在极端温度下的行为差异，以及温室覆盖与自然光照的协同作用。

**2. 实验设计与材料控制**
研究采用CEM I 42.5R硅酸盐水泥，配合比为C30/37，水胶比0.54。冬季样本额外添加1.6%重量比的促凝剂，确保水泥基材与外加剂配伍性。骨料选用本地天然石材，细砂（0-5mm）表观密度2.29g/cm3，粗骨料（5-12mm）吸水率2.74%。所有样本均按TS1248标准进行冬季施工控制，重点监测混凝土入模温度（10-26.7℃）、钢筋与模板温差（达15℃以上）等关键参数。

**3. 温度演化规律与水化进程**
*3.1 夏季环境基准线*
露天夏季样本（BS1-S3-2）在30℃高温下，混凝土内部温度峰值达41.3℃， hydration热释放周期与实验室标准样本（BS0-S3）高度吻合，72小时水化进程完成度达92%。夜间环境温度骤降至10℃时，梁体内部仍保持28℃以上，体现混凝土蓄热体的持续供能特性。

*3.2 冬季-1条件（< -15℃）*
夜间浇筑样本（BW10-S3）在-18.3℃环境温度下，入模混凝土温度仅12.1℃，导致水化启动延迟35.8小时。尽管使用温室塑料覆盖，72小时内混凝土温度波动范围仅5.7-26.2℃，较夏季样本降低58%。添加促凝剂样本（BW10-A-S3）虽缩短至28.3小时，但温度-时间因子较基准值下降39%，抗压强度3天龄期仅达22.1MPa，显著低于夏季样本的29.3MPa。

*3.3 冬季-2条件（-15℃至5℃）*
白天浇筑样本（BW20-S3）在-7℃环境中，利用温室塑料+被动太阳能加热，实现内部温度峰值29.6℃，3天抗压强度29.8MPa，接近夏季样本水平。对比样本（BW21-A-S3）在-5℃入模温度下，通过智能温控系统维持温室温度＞10℃，使混凝土3天强度达31.5MPa，较未加热样本提升42%。

**4. 关键发现与机理分析**
*4.1 新鲜混凝土温度的阈值效应*
实验证实当入模温度＜10℃时，促凝剂单独作用无法启动水化反应（BW10-S3、BW11-S3组）。但通过调整骨料预冷温度（-6℃）和界面热传导优化，样本BW10-A-S3仍达到22.1MPa强度，显示材料级优化的重要性。

*4.2 环境因素的叠加效应*
温室塑料（PE薄膜双层覆盖）使冬季样本在-20℃环境中仍维持3-7℃的稳定温度带。太阳能转化效率达68%，晴天时段温室内部升温幅度可达15℃（图12）。值得注意的是，阴天时段样本BW21-A-S3仍通过蓄热效应实现10℃以上稳定温度，验证了混凝土体热容的调节潜力。

*4.3 温度-时间因子与强度相关性*
建立改进型成熟度模型（公式3），将传统线性关系优化为对数曲线：
σ3d = 11.775 ln(Tt) - 58.489
（R2=0.87，n=11）
该模型成功预测夏季样本强度误差＜5%，但对冬季样本的预测偏差达12-18%，提示需要建立分季节的成熟度计算体系。

**5. 工程实践启示**
*5.1 冬季施工技术组合方案*
- **极端低温（< -15℃）**：必须采用"三重保障"体系——入模温度＞15℃（骨料+水预冷）、促凝剂（掺量1.6%）+主动加热（维持＞10℃）、温室覆盖+遮阳帘调节光照
- **温和冬季（-15℃至5℃）**：推荐"两段式"施工——白天浇筑（利用太阳能）+被动温室覆盖，或夜间浇筑+智能温控系统

*5.2 质量控制要点*
1. 温度梯度控制：混凝土与钢筋温差应＜5℃，超过需增加保护层厚度（实测20mm模板温差达8℃）
2. 水化监测：建立72小时温度预警机制，当累计温度-时间因子＜500℃·h时触发加热干预
3. 形态约束：对于长尺寸梁体，建议采用Φ8@100mm螺旋箍筋，可将热应力裂缝减少63%

**6. 研究局限与展望**
当前样本量（n=11）不足以建立可靠统计模型，特别在极端低温区（仅4组样本）。后续研究应扩大样本量至30组以上，并增加不同湿度条件（相对湿度40%-80%）的对比实验。建议开发基于数字孪生的实时预警系统，集成温度-时间因子、湿度、风速等多参数模型。

本成果已通过TS EN 206标准验证，为《冷气候混凝土施工规程》（TS 1248）提供了新的数据支撑，特别建议将温室塑料覆盖列为强制性措施，并建立"太阳能增益系数"（SGF=0.5-1.2）纳入设计规范。