建筑施工阶段施工环境对混凝土强度发展的影响研究

在实际工程施工过程中，混凝土的性能往往不仅取决于其材料组成和配合比，还受到外部环境因素的显著干扰。特别是在早期硬化阶段，混凝土处于高度敏感的物理和化学变化过程中，任何温度、湿度或风速的变化都可能影响其水化反应进程，导致强度增长出现波动、延迟或异常。随着建筑施工向复杂化、高效率方向发展，工程项目常常面临不同季节、地区、天气条件的挑战，施工环境的不可控性对混凝土结构的整体质量构成了潜在威胁。在此背景下，深入认识施工环境对混凝土强度演变的影响机理，并探索有效的应对措施，成为提升工程耐久性与安全性的关键环节，也逐渐成为施工技术研究的重要方向。

一、混凝土强度发展机制及其影响因素

（一）水化反应与强度增长机制

混凝土强度的形成本质上是水泥水化反应的结果。水泥颗粒在与水接触后发生复杂的水化反应，生成水化硅酸钙（C-S-H）胶体与氢氧化钙（ Ca(OH)₂ ），前者作为胶结材料，是强度形成的主要来源 [1]。一般认为，水化初期（前 3 天）对早期强度发展起决定性作用，而28 天作为传统评定强度的节点，实际并非终点，水化反应可在数月乃至数年内缓慢持续。不同水泥品种的水化热释放速率差异显著，如普通硅酸盐水泥在24 小时内释放约 60% 的水化热，高强水泥则释放更快。在强度增长过程中，初期养护条件起到至关重要的作用。若初期缺水或温度偏低，C-S-H 生成速率明显下降，导致结构骨架发育不良，形成毛细孔隙，进而影响长期强度与耐久性。此外，水化产物的结晶方式也与环境温湿条件密切相关，快速水化常伴随晶体缺陷率增加，导致结构强度不稳定。

（二）内在因素对强度发展的影响

影响混凝土强度的内部参数主要包括水胶比、骨料类型与级配、外加剂及掺合料选择。水胶比控制强度的基本原则为“低水胶比，高强度”，一般推荐强度等级 C30-C50 混凝土水胶比控制在 0.35-0.45 之间。超高强混凝土（如 C80 及以上）通常需使用低于 0.30 的水胶比，同时配合高效减水剂以维持施工流动性。骨料对强度的影响主要体现在其坚固性、表面粗糙度及级配合理性。连续级配有助于降低空隙率，提高混凝土密实度。此外，掺合料如粉煤灰、硅灰、矿渣等可以改善水化过程并提高后期强度。例如， 30% 的粉煤灰掺量可有效提升混凝土28天后的抗压性能，且对降低水化热亦有显著作用。

（三）施工环境作为外部影响因素的作用机制

施工环境条件在混凝土初凝至终凝期间直接影响水化反应速率和养护质量。环境温度控制水化热释放速度，湿度决定水化反应的持续性，而风速则影响表层水分蒸发速度，间接干扰早期养护。外部环境变化往往难以精准控制，尤其在户外大体积浇筑或桥梁工程中更为突出。对施工环境的忽视常导致早期裂缝、强度不均、表层脱壳等质量问题。

二、主要施工环境因素对混凝土强度的影响分析

（一）温度的影响

温度是影响混凝土强度发展过程中最关键的外部因素之一。水泥的水化反应是一个放热过程，其速率对环境温度极为敏感 [2]。实验证明，在 10℃条件下，水化反应速率仅为标准温度 20% 时的 50% 左右，导致混凝土在早期（尤其是头7天）强度增长显著滞后，进而影响结构承载能力评估和后续施工安排。相反，在高温条件（ ）下，虽然水化反应加快，前期强度提升迅速，但由于水化速率过快，C-S-H 凝胶结构发育不完整，晶体排列疏松，孔隙率升高，往往导致后期强度不足，降低混凝土的耐久性与抗裂性能。冬季低温施工更需特别关注，当现场气温低于 5℃时，混凝土内部水分易结冰，不仅抑制水化反应，甚至造成结构性破坏。为此，应采用加热搅拌（水温控制在 40～60% ）、电热毯、蒸汽养护棚等升温措施，并在大体积混凝土施工中增设保温层、延长拆模时间，同时选用低水化热水泥，以减少内外温差，防止温度裂缝的产生。

（二）湿度与养护条件的作用

湿度条件直接影响混凝土内部水化反应是否能持续进行。混凝土中水泥的水化反应不仅需要起始搅拌水，还依赖后期持续的水分供应。若施工环境湿度不足，表层水分迅速蒸发，会造成毛细通道提前干燥，水化过程被迫中断，形成“假强度”现象，表面结构看似坚固但内部未充分水化。长期来看，易导致干缩开裂、强度不均及抗渗性下降。因此，相关规范建议在常温条件下，混凝土浇筑后前7天的养护环境应保持在相对湿度 90% 以上，以确保水化反应的连续性和均匀性。常见的现场养护方式包括湿麻袋覆盖加定时洒水、覆盖塑料薄膜保湿、喷涂养护剂形成隔离层、使用封闭式负压养护箱等。其中，塑料薄膜覆盖适合大面积楼板工程，能有效降低蒸发速率，而喷涂养护剂则适用于桥面、路面等无法持续洒水的工程部位。在预制构件生产中，蒸汽养护尤为普遍，其控制参数包括初期恒温维持 24 小时、升温速率控制在10℃ / 小时、最高养护温度为 60～70% ，总养护龄期应控制在 24 至48 小时之间，以兼顾早强性与结构密实性。

（三）风速与暴露环境的影响

风速在混凝土施工环境中常被忽视，但其对混凝土早期性能的影响非常显著。强风条件下，混凝土表层的自由水分迅速蒸发，容易诱发塑性收缩裂缝，尤其是在气温较高（ >30‰ ）、湿度较低（ ）的暴露环境中，裂缝往往在浇筑后短时间内即出现。当风速超过5 m/s 时，推荐暂停露天浇筑或立即采取遮阳、防风等保护措施。除了水分蒸发加快之外，风速还会加剧混凝土结构内部与表层之间的温差，导致应力集中，从而提升裂缝风险。特别是在大体积结构施工中，如基础底板、桥墩承台等，表面与内部温差超过25℃时易出现表层剥落或贯穿裂缝。因此，应在现场设置风障、遮阳网或封闭空间，并合理安排浇筑时间（如清晨或夜间），避免在强风、干燥的气候条件下进行关键节点施工。对于处于海边、高原、高层建筑等自然风强的场所，还应建立实时风速监测系统，并配合调整搅拌配比或增加表面喷雾养护频率，以保障混凝土早期成型质量。

（四）综合环境作用与多因素耦合分析

实际施工现场的环境因素往往不是单一存在，而是多种因素的交叉叠加。例如，夏季露天施工常常同时面临高温、低湿与强风的联合作用。在气温高达35℃、风速超过 6 m/s、相对湿度低于 50% 的典型情况下，混凝土的初凝时间可缩短至 30 分钟以内，极大压缩了施工窗口。一旦收面与养护准备不到位，10 分钟内即可能出现裂纹。因此，现场管理应在混凝土进场前就完成洒水润湿、遮阳、防风设施的布置，并同步启动养护流程。

从理论层面看，多种环境因素对混凝土强度的影响具有显著的非线性和协同效应，传统的线性推算方法难以准确评估其风险程度。近年来，越来越多的工程项目采用有限元方法进行施工温湿耦合场模拟，能够提前预测混凝土结构中温度梯度与水分分布，从而指导养护方案与材料选型。在材料选用上，应优先选用具备应力自调节能力的膨胀剂、微胶囊自愈材料或具有内养护功能的膨胀珍珠岩等功能性掺合料。同时配合布设智能传感器网络，实时采集结构内外温湿数据，根据反馈动态调整洒水频率、覆盖范围或养护剂喷涂厚度。如此可将环境波动带来的影响降至最低，保障混凝土整体性能的稳定性和耐久性。

三、应对策略与施工管理建议

（一）环境调控技术

在实际施工中，及时有效的环境调控技术是确保混凝土性能稳定的关键手段。施工现场可根据天气预报和实时气象条件，提前部署相应措施[3]。高温季节，常见的做法包括搭建遮阳棚覆盖浇筑区域，设置可移动风障减缓空气流通速度，以及布设喷雾喷头系统降低表面蒸发速率。这些措施能有效控制混凝土初期表面水分损失，避免早期干裂。在冬季低温环境下，需通过提高施工环境温度来保障水化反应持续进行。例如，某地下车库工程在零下8℃环境中施工，采用封闭暖棚覆盖整个浇筑区域，并辅以红外线加热器和电热毯，使施工区域温度维持在12~15℃之间，有效保障了混凝土的早期强度发展。对于大体积混凝土结构，如大型基础底板、水池或挡土墙工程，可采用带有保温功能的永久模板系统，将挤塑板、岩棉等材料嵌入模板，实现保温与结构一体化设计。同时，也可在混凝土内部预埋循环水管系统，通过通温水调节混凝土核心温度。例如，某地铁盾构井内施工中采用内嵌水循环系统，将混凝土内部温差控制在 18°C 以内，显著降低了裂缝风险。

（二）合理选择施工时间与工序安排

通过科学安排施工时间，能够有效避开环境的不利影响，是一种成本较低但效果明显的控制策略。在高温炎热的季节，建议将混凝土浇筑工作安排在清晨6:00~9:00 或夜间 18:00 之后，避开正午强光照射与高温蒸发时段，这样既减少了工人热应激，也降低了混凝土水分流失速率。在施工安排上，应充分预估季节变换对环境的影响，特别是在工期跨越春夏或秋冬交替时段的项目。例如，某城市道路改扩建工程，将桥面浇筑工作统一安排在 5 月初之前完成，以避免 6 月进入梅雨季节后的连续降水对养护效果的干扰。对易受环境影响的关键结构部位，如楼板、桥面、薄壳结构，应提前完成保湿设施布置，如设置临时洒水系统、准备塑料薄膜、预埋温湿传感器等。同时，现场可设置3 天龄期的混凝土抗压强度试块，对环境变化是否影响强度形成进行动态评估，并在发现偏差后及时调整养护方式或延长保温周期。

（三）混凝土材料与配合比的优化适应

针对不同施工环境，应合理选择混凝土原材料及其配合比，主动适应外界条件的变化。在高温气候下，为防止水化反应过快导致早期强度“透支”，通常采用低水化热水泥，并配合缓凝型高效减水剂，使混凝土初凝时间适当延长，便于施工操作和后续收面 [4]。例如，某商业综合体在炎热夏季采用矿渣水泥与聚羧酸系缓凝剂组合，使混凝土初凝时间稳定在3 小时以上，有效保障了浇筑质量。在低温施工环境中，为避免强度发展滞后，可使用早强型水泥，同时加入早强外加剂，如氯化钙、硝酸钠等速凝成分，提升前 3 天的强度增速。如西安某地下管廊工程冬季施工中，通过掺加三乙醇胺复合型早强剂，使混凝土 1 天强度达到 12MPa，满足了后续支模与防水施工需求。此外，可根据工程类型选用膨胀剂或硅灰等掺合料，提升混凝土抗裂性能与致密性。例如，在山区边坡挡墙工程中，使用 10% 膨胀剂替代部分水泥，并配合密实级配骨料设计，减少混凝土干缩开裂和温差变形，显著提升了结构稳定性和耐久性。

（四）管理制度与施工现场的应急能力建设

工程质量的最终实现，离不开现场管理制度的配套与执行力。在应对复杂多变的施工环境时，应着重建设现场快速反应能力和环境监控系统。许多施工单位已经在重要施工区域设置便携式气象监测装置，实时采集温度、湿度、风速数据，一旦指标接近风险临界值，项目管理人员可第一时间发布预警，暂停浇筑或启动降温、加湿等应急措施。例如，某高架桥施工项目在夏季遇连续高温与干燥强风天气，通过监测系统发现气温升至37℃、风速达7 m/s，项目部随即决定暂停浇筑，改为傍晚时段施工，同时启动水雾喷洒系统缓解环境压力，避免了因仓促浇筑而可能产生的质量问题 [5]。此外，施工人员的培训与经验积累也至关重要。管理层应定期组织工人培训，强化其对环境变化的感知与应对意识。如开展“极端天气下的混凝土施工演练”，模拟高温突变或突发降雨等情况，提升团队的协同能力与突发处理效率。

总结：

混凝土强度的发展不仅取决于材料自身的组成与配合比，更受到施工阶段环境因素的显著影响。温度、湿度和风速等外部条件直接作用于水化反应过程，决定其早期强度形成与长期耐久性能。本文通过对主要环境因子的分析，结合工程实践经验，提出了多种切实可行的控制措施与管理建议，如优化施工时机、采用保温养护技术、选择适应性材料等。研究表明，科学调控施工环境，可有效提升混凝土性能，降低质量缺陷风险。在未来建筑工程中，应将环境控制纳入施工全过程管理体系，进一步推动施工质量标准化与精细化发展。

参考文献

[1] 杨峰 , 左伟 . 建筑混凝土抗压强度推定及计算案例分析 [J]. 江西建材 ,2024,(11):121-123.

[2] 高松 , 赵超越 . 高层建筑混凝土浇筑质量与裂缝控制技术研究 [J]. 新城建科技 ,2024,33(10):133-135.

[3] 貟 泽 锋 . 建 筑 混 凝 土 材 料 强 度 检 测 的 技 术 探 究 [J]. 居舍 ,2024,(23):65-68.

[4] 张晓永 . 关于建筑混凝土材料强度检测的技术探究 [J]. 大众标准化 ,2023,(12):124-125+128.

[5] 邹今杰 . 超高层建筑混凝土泵送施工技术应用研究 [J]. 住宅与房地产 ,2023,(17):101-103.