CN114478063B - 用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法 - Google Patents

Abstract

用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法，属土木工程技术领域。为了解决在寒区冬季施工中欧姆热养护法导致混凝土存在结构疏松多孔的问题。本发明在在浇筑混凝土结构后，立即对混凝土构件通电进行电激养护；在第一个养护阶段，保证结构养护温度处于10～25℃范围内，第一个养护阶段即混凝土构件通电早期阶段，对应为混凝土结构内部水化塑性阶段；在通电早期阶段后的通电中期阶段，通过增加通电电压的方式，提高结构养护温度，保证混凝土水化更加充分；通电中期阶段对应为混凝土结构硬化阶段；在通电中期阶段过后，使结构的养护温度呈阶梯下降趋势。本发明适用于寒区冬季混凝土的养护。

Description

用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法

技术领域

本发明属土木工程技术领域，具体涉及一种用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法。

背景技术

寒区指的是最冷月平均温度在-30℃～0℃之间，日平均温度低于5℃的天数达到90～145天的地区。混凝土结构在负温条件下由于胶凝材料水化反应被严重抑制无法正常形成强度，极易出现受冻破坏的问题。如果不采取合理的养护措施，冬季混凝土结构的施工建设就无从谈起。

传统的冬季混凝土结构施工方法诸多，主要包括蓄热保温法、外部加热法以及掺加外加剂等方法。但是这些养护方法无法对负温环境下的混凝土结构的施工质量有所保证，而且可能会耗费大量的人力、物力以及自然资源。欧姆热养护是一种新型的混凝土结构养护方法，通过对混凝土结构施加交变电流，利用交变电流流过结构产生的欧姆热实现结构的自生热的养护。欧姆热养护是一种内热源养护方法，与传统冬季混凝土结构养护方法相比，能够保证养护阶段结构温度的均匀分布，实现高质量冬季混凝土结构养护。但是欧姆热养护方法仍然停留在理论研究阶段，利用其对实际环境下混凝土结构进行实际养护仍然鲜有报道，如何使这一养护方法落地是实现我国严寒冬季混凝土结构施工的重要研究方向。现行的研究中，主要针对欧姆热养护促进结构形成进行了研究，但是欧姆热养护的通电过程较为简单粗暴，没有考虑结构与外界环境之间过大的温差可能引起结构热膨胀。混凝土新拌阶段热膨胀过大，导致硬化阶段混凝土疏松多孔，对力学强度非常不利。为了满足高质量欧姆热养护混凝土结构施工需要对该方法进行进一步改良。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于寒区冬季混凝土结构施工的梯度温度电激养护优化方法，以解决在寒区冬季施工中电激养护法导致混凝土存在结构疏松多孔的问题，对结构强度存在不利影响。

用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法，包括如下步骤：

在负温条件下浇筑混凝土结构，所述负温条件为-40℃～0℃；在浇筑混凝土结构时，模板层内嵌有金属导电电极层；

在浇筑混凝土结构后，立即对混凝土构件通电进行电激养护；

在第一个养护阶段，保证结构养护温度处于10～25℃范围内，所述第一个养护阶段即混凝土构件通电早期阶段，对应为混凝土结构内部水化塑性阶段；

在通电早期阶段后的通电中期阶段，通过增加通电电压的方式，提高结构养护温度，保证混凝土水化更加充分；所述通电中期阶段对应为混凝土结构硬化阶段；

在通电中期阶段过后，使结构的养护温度呈阶梯下降趋势，将通电中期阶段之后的温度呈阶梯下降称为养护温度下降阶段。

进一步地，通电中期阶段整体为第二个养护阶段；

在第一个养护阶段和第二个养护阶段，满足以下关系：

α₁ΔT₁＝α₂ΔT₂

其中，α₁为混凝土构件在塑性阶段的热膨胀系数，ΔT₁为混凝土构件在塑性阶段电激养护过程中的温度与混凝土构件自身温度之间的温差，α₂为构件在硬化阶段的热膨胀系数，ΔT₂为构件在硬化阶段电激养护过程中的温度与混凝土构件自身温度之间的温差；

第一个养护阶段对应的第一阶梯度温度根据ΔT1确定，第二个养护阶段对应的第二阶梯度温度根据ΔT2确定。

或者，通电中期阶段整体分为两个阶段，分别记为第二个养护阶段和第三个养护阶段；在第一个养护阶段和第三个养护阶段，满足以下关系：

α₁ΔT₁＝α₂ΔT₂

其中，α₁为混凝土构件在塑性阶段的热膨胀系数，ΔT₁为混凝土构件在塑性阶段电激养护过程中的温度与混凝土构件自身温度之间的温差，α₂为构件在硬化阶段的热膨胀系数，ΔT₂为构件在硬化阶段电激养护过程中的温度与混凝土构件自身温度之间的温差；

第一个养护阶段对应的第一阶梯度温度根据ΔT₁确定，第三个养护阶段对应的第三阶梯度温度根据ΔT₂确定；

在第一阶梯度温度和第三阶梯度温度之间引入第二阶梯度温度，第二阶梯度温度作为第二个养护阶段对应的温度。

进一步地，在第二个养护阶段保证养护温度与混凝土自身温度间的温差达到30℃。

进一步地，在第三个养护阶段保证养护温度与混凝土自身温度间的温差达到55℃。

进一步地，进入第二个养护阶段10小时后进入第三个养护阶段。

进一步地，α₁和α₂满足α₁＝(6～15)×α₂。

进一步地，所述第一个养护阶段对应的温度为第一阶梯度温度，第一阶梯度温度与混凝土自身之间的温差为5℃。

进一步地，在进入第一个养护阶段10小时后进入第二个养护阶段。

进一步地，所述养护温度下降阶段为电激养护龄期的最后两小时。

本发明的有益效果为：

一、本发明为一种用于寒区冬季混凝土结构施工的梯度温度电激养护方法，适用于寒区冬季负温环境下混凝土结构的现场快速节能施工。养护过程充分考虑混凝土性质随水化阶段变化而产生的变化，在养护过程中混凝土结构的温度均处于适宜区间内，且各个位置的养护温度分布均匀，能够保证寒区冬季混凝土结构的现场快速高质量施工。

二、本发明中的养护方法能够高效、迅速地养护冬季施工混凝土，原料成本较低，能源消耗小，且材料体系设计较为灵活，根据养护混凝土选择合适的导电填料，包括各种导电纤维和导电微颗粒均可。

三、本发明中的养护方法充分考虑结构热膨胀可能对结构造成的损害，对结构温度发展进行严格调控，保证了试件内部导电填料构成的导电通路的稳定性，实现了持续电激养护过程。

四、本发明能够避免养护温度过高存在安全隐患的问题，梯度温度的设计能够保证电激养护混凝土结构的养护温度不会一味上涨，降低发生火灾的几率。

五、本发明中的养护装置简单且成本较低，养护效果全面均匀，无需配合复杂的机械结构，容易加工移动，可多次重复利用。

六、通过样品试验可知，本发明适用于混凝土冬季施工的养护，尤其适用于温度极低的环境中(-10～-40℃)，以能够适用于寒区冬季的较长时间，延长了在寒区冬季可施工的天数，且在低温施工中对混凝土的养护效果更为均匀显著，确保施工质量。

附图说明

图1是梯度温度欧姆养护原理图；

图2为实施例1及对照组所制备的混凝土结构的温度发展与力学性能测试图；其中图2(a)为温度发展图，图2(b)为力学性能图；

图3为实施例2及对照组所制备的混凝土结构的电学性能与力学性能测试图；

图4为实施例3及对照组所制备的混凝土结构的力学性能与孔隙率测试图；其中图4(a)为力学性能图，图4(b)为孔隙率图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

具体实施方式一：

为了充分说明本发明的方案的非显而易见性，在具体说明本实施方式之前，首先对本发明的原理进行说明，如果不能从本发明的原理出发认识本发明的方案，那么是不能得到本发明的技术方案的，而且如果没有在原理上有所认识并加以推导和证明，那么是根本不可能对本发明的出现给与启示，当然也不可能对本发明的技术上特殊安排有所认识，更不可能得到本发明的技术特征及方案。

本发明的理论研究基础：电激养护的通电电压和频率会对混凝土结构内部材料活化能有较大影响，需要综合考虑评估这些因素。在此基础上，提出了电激养护混凝土结构生热模型如下：

Q_OH＝(h_OHC·∑g_iH_iα+β_OHH_FSα_FS)·t

其中，Q_OH为电激养护试件的放热量，h_OH代表电激养护对水泥水化性能的激发效果系数，C代表热容，g_i为水泥颗粒数目，Hi代表水泥内部各组分的放热量，α代表水泥的水化程度，β_OH代表电激养护对胶凝材料放热的激发系数，H_FS代表胶凝材料的放热量，α_FS代表胶凝材料的反应程度，t为时间。

电激养护混凝土结构的热平衡关系式如下：

CMΔT＝t·[P+h_OHC·∑g_iH_iα+β_OHH_FSα_FS-hA(T₁-T₂)]

式中，M代表试件的质量，ΔT代表温度的变化，P代表电功率；h代表综合换热系数，是辐射散热和对流换热经过计算得到的综合评价系数；A为试件的散热面面积，T₁、T₂分别为结构本身的温度和环境温度。

根据电激养护混凝土结构的热平衡关系式，试件的养护温度如下：

电激养护混凝土结构的养护温度与施加的电功率和水化放热量有关，结合不同阶段养护温度之间的关系，能够得到不同阶段电激养护混凝土结构施加的电功率应满足如下关系式：

式中，各物理参数的含义与上面参数含义相同，下标1代表试件处于塑性阶段，下标2代表试件处于硬化阶段；T₀代表试件自身的温度。

在塑性阶段所需通电功率较低，在硬化阶段后由于热积累的原因，达到所需温度范围也不需要过高功率，因此可以实现负温低能耗混凝土结构制备。

根据上述理论研究可知，本发明原创性地提出电激养护对混凝土内部水泥和胶凝材料放热量的激发效果，建立电生热、电激励水化热和辐射散热以及对流传热之间的平衡关系式，预期能够实现对电激养护混凝土结构温度发展的预测及调控。也正是上述研究为本发明的出现创设了基础，同时也首先原创性地为本发明不同阶段的处理方式的出现提供了理论支撑，并说明了本发明是实际可行的且具有积极效果的。

下面结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法，包括以下步骤：

在负温条件下，浇筑混凝土结构；在浇筑混凝土结构时，模板层内嵌有导电性良好、不易锈蚀、易拆卸的金属导电电极层；

在浇筑混凝土结构后，立即对混凝土构件通电进行电激养护；所述负温条件为严寒地区冬季温度，在-40℃～0℃之间；

在第一个养护阶段，保证结构养护温度处于10～25℃范围内，防止混凝土构件内外温差过大导致结构出现开裂现象；所述第一个养护阶段即混凝土构件通电早期阶段，对应为混凝土结构内部水化塑性阶段；

在通电早期阶段后的通电中期阶段，通过增加通电电压的方式，提高结构养护温度，保证混凝土水化更加充分；所述通电中期阶段对应为混凝土结构硬化阶段；

在混凝土通电早期阶段和中期阶段，相应养护温度应基于混凝土不同水化阶段热膨胀系数不同的特点需符合以下关系：

α₁ΔT₁＝α₂ΔT₂

其中，α₁为混凝土构件在塑性阶段的热膨胀系数，ΔT₁为混凝土构件在塑性阶段电激养护过程中的温度与混凝土构件自身温度之间的温差，α₂为构件在硬化阶段的热膨胀系数，ΔT₂为构件在硬化阶段电激养护过程中的温度与混凝土构件自身温度之间的温差。

根据混凝土不同阶段参数不同的特点，在混凝土塑性阶段和硬化阶段的热膨胀系数存在以下关系：

α₁＝(6～15)×α₂

进而得到电激养护构件的养护温度在不同养护阶段应满足以下关系：

(6～15)×ΔT₁＝ΔT₂

为了保证结构的安全性，优选地，在参数范围6～15内选取10作为梯度温度电激养护不同阶段温差之间的关系，即10×ΔT1＝ΔT2。电激养护第一阶梯度温度即为ΔT1确定的温度，第二阶梯度温度即为ΔT2确定的温度。第一阶梯度温度就是“通电早期阶段”对应的温度；第二阶梯度温度就是“通电中期阶段”对应的温度；此时通电中期阶段是一个养护阶段；

为了进一步保证电激养护结构的性能稳定，根据在ΔT₁和ΔT₂对应的两个温度之间引入第三个温度，作为梯度电激养护的第二阶梯度温度，此时ΔT₁用于确定梯度电激养护第一阶梯度温度，ΔT₂用于确定梯度电激养护的第三阶梯度温度，即第一阶梯度温度就是第一个养护阶(通电早期阶段)对应的温度；第二阶梯度温度和第三阶梯度温度共同构成“通电中期阶段”对应的温度，即将“通电中期阶段”对应的温度分成两个阶段，分别为第二个养护阶段和第三个养护阶段；图1为三阶段对应的梯度温度欧姆养护原理图。

在通电中期阶段过后，混凝土结构电阻将逐渐增加，结合通电方式，使结构的养护温度呈阶梯下降趋势，防止结构在电激养护终止，温度降低阶段出现开裂现象；将通电中期阶段之后的温度呈阶梯下降称为养护温度下降阶段，所述养护温度下降阶段为电激养护龄期的最后两小时。

根据所述的养护温度在不同养护阶段应满足的关系，能够确定在负温环境下电激养护结构的温度与其入模温度密不可分，只要保证新拌混凝土的入模温度，结构件的电激养护温度很容易保证处于稳定且合理的范围内。

更具体地，本发明所述用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法的具体过程包括以下步骤：

步骤一、混凝土结构的制备；

步骤二、梯度温度电激养护的实施：

在混凝土入模后，立即对混凝土结构通电进行电激养护，在养护过程中，混凝土的自身温度以入模温度为准。保证第一个养护阶段确定的养护温度与混凝土自身温度间的温差达到5～10℃；根据电激养护研究理论，塑性阶段时长为6～12小时，第一个阶段养护温度根据试件的塑性阶段时长确定为6～12小时，在第一个养护阶段结束后提高通电功率，进入第二个养护阶段；

在第二个养护阶段保证养护温度与混凝土自身温度间的温差达到30～35℃；接下来，在进入第二个养护阶段10小时过后，养护进入第三个养护阶段，进一步提高通电功率，保证养护温度与混凝土自身温度间的温差达到55～60℃；

步骤三、梯度温度电激养护的终止：

在养护龄期的最后两个小时，结合混凝土结构自身电阻的增长，逐步下调混凝土结构的通电功率，保证养护温度缓慢下降，在两小时后养护温度下降到20℃，即可脱模。

进一步地，本发明所述的混凝土结构内部可以通过添加导电纤维提高结构的导电性和通电稳定性。因此在制备过程混凝土结构的过程中，在混凝土中加入导电纤维形成导电混凝土，导电混凝土为纤维增强水泥基复合材料。

进一步地，通过在混凝土结构中心和边角处多点布设热电偶实现对电激养护过程中结构温度发展的实时监控。

进一步地，结合外界环境温度，根据需要在模板外部布设保温层。

本发明的养护方法操作简单，所需人力成本较低，设备及模板布设方法与传统混凝土结构一致。同时，与传统标准养护相比，本发明电激养护混凝土结构达到硬化阶段的时间会明显缩短。

由于混凝土结构成分复杂，不同原材料对结构性能影响极大，不同材料在电激养护作用下的性能也有所不同，因此梯度温度电激养护的实施需要综合考虑不同材料在电激作用下的效果。下面针对不同材料的进行实验。

实施例一

一种梯度温度电激养护制备的导电混凝土结构，其具体制备步骤如下：

(1)本实施方式中环境温度为-20℃，混凝土养护模板选用塑料模板，黄铜电极片紧密贴合在木模板上保证电激养护制度的顺利进行，选用普通硅酸盐水泥配置C50混凝土配方，以碳纤维作为导电填料，按结构体积分数0.75vol％加入到混凝土中，混凝土在配制和搅拌过程中，需要通过预加热方法保证混凝土的入模温度达到15～20℃；

(2)本实施方式中养护龄期设定为2天，在养护阶段初始的10小时，通过实时调节通电功率，保证电激养护混凝土结构养护温度稳定在25℃；在接下来的10小时，增加结构的通电功率，保证结构的养护温度稳定在55℃；在接下来的26小时，继续增加结构的通电功率，保证结构的养护温度稳定在75℃；

(3)在养护的最后两个小时，逐步降低试件的通电功率，保证结构的养护温度以0.5℃/min下降到15～20℃之后，对结构脱模。

(4)养护过程中，将温度传感器置于结构中心点处，记录养护全过程温度发展趋势。

(5)在本实施例实施过程中，将传统一阶电激养护制备的混凝土结构作为对照组，与本发明的三阶梯度温度电激养护(即(1)-(3)对应的过程)得到的混凝土结构进行性能对比。

(6)养护结束后按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对本实施例制备的样品的力学性进行测试。

图2为本实施例的及对照组所制备的混凝土结构的温度发展与力学性能测试图；其中图2(a)为温度发展图，图2(b)为力学性能图；结果显示，对照组的电激养护混凝土试件的养护温度在两天内始终处于70℃左右，试件的两天抗压强度为32.7MPa。相较于对照组试件，三阶梯度温度养护试件在养护初始阶段温度始终处于23-27℃区间内，在二阶梯度阶段，养护温度始终处于51-57℃区间内，在三阶梯度阶段，试件的养护温度稳定在73-78℃内，试件在最后两小时内养护温度逐步下降，在19℃时脱模，力学性能结果表明三阶温度梯度电激养护试件的两天抗压强度达到42.6MPa，相较于传统电激养护试件，-20℃环境下，三阶温度梯度电激养护试件的力学性能大幅提升，表明了这一优化后的养护制度对结构性能的提升效果。

实施例二：

一种梯度温度电激养护制备的导电高性能混凝土结构，其具体制备步骤如下：

(1)本实施方式中环境温度为-20℃，混凝土养护模板选用塑料模板，黄铜电极片紧密贴合在模板上保证电激养护制度的顺利进行，将水泥、细砂、水按照质量分数比为1：1.1：0.25进行混合，同时掺入占水泥体积分数0.5％的碳纳米纤维，混合顺序为先将水泥和碳纳米纤维进行干拌均匀形成混合物，然后加入水继续搅拌，同时加入2.0～4.0wt％的减水剂以调节复合材料的流动性，最后加入细砂至搅拌均匀后停止搅拌。混凝土的入模温度保证在15～20℃范围内；

(2)本实施方式中养护龄期设定为2天，在养护阶段初始的10小时，通过实时调节通电功率，保证电激养护混凝土结构养护温度稳定在35℃；在接下来的36小时，继续增加结构的通电功率，保证结构的养护温度稳定在75℃；

(3)在养护的最后两个小时，逐步降低试件的通电功率，保证结构的养护温度以0.5℃/min下降到15～20℃之后，对结构脱模；

(4)养护过程中，每隔30min对结构的电阻率发展情况进行测量，得到养护全过程电激养护试件电阻率的发展规律；

(5)在本实施例实施过程中，一阶电激养护制备的混凝土结构作为对照组，一阶电激养护的养护温度设置为70℃46小时，与二阶梯度温度电激养护得到的混凝土结构进行性能对比。

(6)养护结束后按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对本实施例制备的样品的力学性进行测试。

图3为本实施例及对照组所制备的混凝土结构的电学性能与力学性能测试图(力学性能图)；结果表明，一阶梯度电激养护高性能混凝土两天抗压强度达到45.8MPa，而三阶梯度温度电激养护高性能混凝土试件的两天抗压强度达到53.6MPa，本实施例的结果表明，在-30℃严寒条件下，较短养护时间内，二阶梯度电激养护能够实现混凝土结构件强度的快速形成。

实施例三：

一种梯度温度电激养护制备的导电高性能混凝土结构，其具体制备步骤如下：

(1)本实施方式中环境温度为-20℃，混凝土养护模板选用塑料模板，结构尺寸为150mm×150mm×150mm，黄铜电极片紧密贴合在模板上保证电激养护制度的顺利进行，将水泥、硅灰、细砂、水按照质量分数比为1：0.2：1.3：0.2进行混合，同时掺入占水泥体积分数0.5％的碳纳米纤维和占结构体积分数1.0vol％的碳纤维，混合顺序为先将水泥、硅灰、碳纤维和碳纳米纤维进行干拌均匀形成混合物，然后加入水继续搅拌，同时加入2.0～4.0wt％的减水剂以调节复合材料的流动性，最后加入细砂至搅拌均匀后停止搅拌。混凝土的入模温度保证在15～20℃范围内；

(2)本实施方式中养护龄期设定为4天，在养护阶段初始的10小时，通过实时调节通电功率，保证电激养护混凝土结构养护温度稳定在20℃；在接下来的10小时，增加结构的通电功率，保证结构的养护温度稳定在50℃；在接下来的74小时，继续增加结构的通电功率，保证结构的养护温度稳定在75℃；

(3)在养护的最后两个小时，逐步降低试件的通电功率，保证结构的养护温度以0.5℃/min下降到15～20℃之后，对结构脱模；

(4)在本实施例实施过程中，高温蒸汽养护制备的混凝土作为对照组，对照组养护龄期均为四天，到达养护龄期后，与三阶梯度温度电激养护得到的混凝土结构进行性能对比。

(6)养护结束后按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对本实施例制备的样品的力学性能，采用超景深显微镜方法对不同养护方式下高性能混凝土试件的孔隙率进行测试。

图4为本实施例及对照组所制备的混凝土结构的力学性能与孔隙率测试图，其中图4(a)为力学性能图，图4(b)为孔隙率图。

结果显示，三阶梯度温度电激养护高性能混凝土试件的四天抗压强度达到97.6MPa，与高温蒸汽养护试件的101.2MPa相当。而且孔隙率测试结果同样表明，三阶梯度温度电激养护能够显著降低试件的孔隙率，并且能够起到细化基体孔隙结构的作用。

综上，作为一种在寒区冬季施工养护混凝土结构的优化方法，本发明利用三阶梯度温度电激养护对混凝土结构进行养护，在不同负温环境下，三阶梯度电激养护都表现出了显著的提高混凝土结构性能的特点，为寒区混凝土结构建设带来突破。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法，其特征在于，包括如下步骤：

在负温条件下浇筑混凝土结构，所述负温条件为-40℃~0℃；在浇筑混凝土结构时，模板层内嵌有金属导电电极层；

在浇筑混凝土结构后，立即对混凝土构件通电进行电激养护；

在第一个养护阶段，保证结构养护温度处于10~25℃范围内，所述第一个养护阶段即混凝土构件通电早期阶段，对应为混凝土结构内部水化塑性阶段；

在通电早期阶段后的通电中期阶段，通过增加通电电压的方式，提高结构养护温度，保证混凝土水化更加充分；所述通电中期阶段对应为混凝土结构硬化阶段；

在通电中期阶段过后，使结构的养护温度呈阶梯下降趋势，将通电中期阶段之后的温度呈阶梯下降称为养护温度下降阶段；

通电中期阶段整体分为两个阶段，分别记为第二个养护阶段和第三个养护阶段；

在第一个养护阶段和第三个养护阶段，满足以下关系：

α₁ΔT₁=α₂ΔT₂

其中，α₁为混凝土构件在塑性阶段的热膨胀系数，ΔT₁为混凝土构件在塑性阶段电激养护过程中的温度与混凝土构件自身温度之间的温差，α₂为构件在硬化阶段的热膨胀系数，ΔT₂为构件在硬化阶段电激养护过程中的温度与混凝土构件自身温度之间的温差；

第一个养护阶段对应的第一阶梯度温度根据ΔT₁确定，第三个养护阶段对应的第三阶梯度温度根据ΔT₂确定；

在第一阶梯度温度和第三阶梯度温度之间引入第二阶梯度温度，第二阶梯度温度作为第二个养护阶段对应的温度；

α₁和α₂满足α₁=(6~15)×α₂；

电激养护的通电电压和频率会对混凝土结构内部材料活化能有较大影响，在此基础上，提出了电激养护混凝土结构生热模型如下：

其中，Q_OH为电激养护试件的放热量，h_OH 代表电激养护对水泥水化性能的激发效果系数，C代表热容，g_i为水泥颗粒数目，Hi代表水泥内部各组分的放热量，α代表水泥的水化程度，β_OH代表电激养护对胶凝材料放热的激发系数，H_FS代表胶凝材料的放热量，α_FS代表胶凝材料的反应程度，

为时间；

电激养护混凝土结构的热平衡关系式如下：

式中，M代表试件的质量，ΔT代表温度的变化，P代表电功率；h代表综合换热系数，是辐射散热和对流换热经过计算得到的综合评价系数；A为试件的散热面面积，T₁、T₂分别为结构本身的温度和环境温度；

根据电激养护混凝土结构的热平衡关系式，试件的养护温度如下：

电激养护混凝土结构的养护温度与施加的电功率和水化放热量有关，结合不同阶段养护温度之间的关系，能够得到不同阶段电激养护混凝土结构施加的电功率应满足如下关系式：

式中，各物理参数的含义与上面参数含义相同，下标1代表试件处于塑性阶段，下标2代表试件处于硬化阶段；T₀代表试件自身的温度；

在塑性阶段所需通电功率较低，在硬化阶段后由于热积累的原因，达到所需温度范围也不需要过高功率，实现负温低能耗混凝土结构制备；

根据电激养护对混凝土内部水泥和胶凝材料放热量的激发效果，建立电生热、电激励水化热和辐射散热以及对流传热之间的平衡关系式，预期能够实现对电激养护混凝土结构温度发展的预测及调控。

2.根据权利要求1所述的用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法，其特征在于，所述第一个养护阶段对应的温度为第一阶梯度温度，在第一个养护阶段保证养护温度与混凝土自身温度间的温差达到5~10℃。

3.根据权利要求1所述的用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法，其特征在于，在进入第一个养护阶段6~12小时后进入第二个养护阶段。

4.根据权利要求1所述的用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法，其特征在于，在第二个养护阶段保证养护温度与混凝土自身温度间的温差达到30~35℃。

5.根据权利要求4所述的用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法，其特征在于，进入第二个养护阶段8~12小时后进入第三个养护阶段。

6.根据权利要求5所述的用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法，其特征在于，在第三个养护阶段保证养护温度与混凝土自身温度间的温差达到55~60℃。

7.根据权利要求1所述的用于寒区冬季混凝土的梯度温度电激养护方法，其特征在于，所述养护温度下降阶段为电激养护龄期的最后两小时。

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