矿物掺合料和减水剂对桥梁混凝土水泥石水化热的影响.pdf

文章编号：1 0 0 7 0 4 6 X( 2 0 1 1 ) 0 5 - 0 0 3 3 0 3 ： 生态建材 矿物掺合料和减水剂对桥梁混凝土水泥石水化热的影响 I n fl u e n c e o f Mi n e r a l Ad mi x t u r e s a n d W a t e r - Re d u c i n g Ag e n t o n Hy d r a t i o n He a t o f Ce me n t S t o n e f o r Br i d g e Co n c r e t e 孙鑫鹏 ( 中冶长天国际工程有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 0 ) 摘要： 采用等温量热法研究高效减水剂对普通、中热水泥掺入不同品种及不同掺量的掺合料后水化热的耦合作用规律 ，分析 了减水剂、矿物掺合料及 两者双掺对水泥水化热及放热速率的影响。结果表明：矿物掺合料可减缓水泥水化放热的速 率 ，推迟放热峰值的出现 ，粉煤灰的缓凝效果和削峰效果较矿渣要显著。外加剂对掺粉煤灰水泥的早期水化热有显著 的 降低作 用。 关键 词 ： 矿 物掺合 料 ；减 水剂 ；水化 热 中 图分 类 号 ：T U5 2 8 31 文献 标 识 码 ：A Ab s t r a c t ：T he c o u p l i n g l a w o f h y d r a t i o n h e a t wa s s t u d i e d b y u s i n g i s o t he r ma l c a l o r i me t r y ,wh e n d i f f e r e n t v a r i e t i e s a n d d i f f e r e n t a mo u n t o f a d mi x t u r e we r e mi x e d i nt o o r d i n a r y a n d mo d e r a t e h e a t c e me n t Th e i n fl ue n c e o f wa t e r - r e d u c i n g a g e n t ， mi n e r a l a d mi x t u r e ， a n d b o t h o n c e me n t h y d r a t i o n h e a t a n d h e a t r a t e we r e a n a l y z e d T h e r e s u l t s s h o we d t h a t mi n e r a l a d mi x t u r e s c o u l d r e ma r k a b l y r e d u c e t h e h y d r a t i o n h e a t ， t h e h y d r a t i o n e x o t h e r mi c r a t e a n d po s t p o n e t h e a r r i v a l t i me o f t h e h i g h e s t t e mPe r a t u r e ， p a r t i c ul a r l y t h e d o u b l e - a d d i n g a n d t r i a d d i ng ， t h e r e t a r d i n g a n d c l i p p i n g e f f e c t o f fly a s h wa s s i g n i fic a n t l y b e t t e r t h a n t h o s e o f s l a g Th e i n fl ue n c e o f wa t e r r e d u c i n g a g e n t o n r e d u c i n g e a r l y h y d r a t i o n h e a t o f c e me n t wi t h fly a s h wa s s i g n i fic a n t Ke y wo r d s：Mi n e r a l a d mi x t u r e s；Wa t e r - r e d u c i n g a g e n t ； Hy d r a t i o n h e a t 0 前 言 同许多化学反应一样，水泥矿物的水化是放热的，因 混凝土的热传导性较低，大体积混凝土产生的水化热造成 结构内部温度快速上升。同时，由于混凝土外部的散热而 结构内外之间形成温度梯度，产生较大的温度应力，导致 产生温度裂缝。因此必须对用于大体积混凝土的水泥水化 放热速度及放热量进行限制，使温度上升速度减慢，延长 散热时间，防止混凝土开裂 3 1 。 本文着重研究高效减水剂对普通、中热水泥掺入不同 品种及不同掺量矿物掺合料后水化热的耦合作用规律，分 析能延缓水泥水化热放热速率的高效减水剂，减缓、降低 水化热的矿掺合料品种及掺量，从水化热角度优选高效减 水剂品种、矿物掺合料种类及掺量，探寻其适应性，以便 为主梁 C 6 0高性能混凝土设计提供参考数据，采取有效的 工程技术措施，降低混凝土温升，防止结构混凝土产生有 害的裂缝，提高结构混凝土的耐久性。 1原材料及试验方法 1 1原材料 矿物掺合料：粉体基本参数见表 1 ，试验选用三峡粉 煤灰、三峡矿渣和湘潭粉煤灰有限责任公司生产的超细粉 煤灰，其化学成分见表 2 。 水泥：选用葛洲坝水泥厂生产的三峡4 2 5 级普通硅酸 盐水泥和4 2 5级中热硅酸盐水泥，湖南韶峰水泥厂生产的 4 2 5级普通硅酸盐水泥， 其化学成分见表 2 。 高效减水剂 ( T Q N)：潭建减水剂厂生产的缓凝型高 效减水剂 T J 一 ，掺量为 1 0 0 。 表 1 水泥及矿掺合料粉体性能基本参数 5 2 0 1 1 粉煤灰 3 3 表 2 水泥及矿掺合料的化学组成 1 2水化热试验方法 目前，水泥水化热试验国家标准中有两种试验方法， 即直接法和溶解热法，暂无掺外加剂和矿物掺合料的水泥 水化热试验方法国家标准。此次水化热试验采用同济大学 混凝土材料国家重点实验室的等温量热仪进行试验，具有 灵敏度高，恒温效果好，测试连续、自动化等优点， 其与 直接法水化热测试有相同的原理，但在测量精度和准确度 上却有很大提高 。 本次水化热试验在 2 0 的恒温条件下进行，其试验 方案见表 3 。 表 3 水化热试验方案 g 2试验结果与分析 2 1掺粉煤灰对水泥水化热和放热速率的影响 不掺外加剂，单掺粉煤灰的水泥水化放热速率和水化 热见图 l 、图 2 ，单掺粉煤灰的水泥水化热降低率见 表 4。 ， 釜 吕 镄 磺 * 水化时间 h 图 1 单掺粉煤灰的水化放热速率 34 CoAL AsH 5 201 1 巴 瘴 图 2 单掺粉煤灰的水化热 表4 掺粉煤灰水泥水化热降低百分率 一 韶峰水泥c 一 8 0 C + 2 0 UF A 一 7 0 C + 3 0 UF A 6 0 C + 4 0 UF A 水泥的水化热随着粉煤灰掺量的增加而降低，且随着 龄期的增长， 水化热随着粉煤灰掺量而降低的百分率越来 越小，7 2 h时粉煤灰掺量为2 0 、3 0 、4 0 的水泥水 化热分别降低 1 2 1 、2 0 9 、2 8 2 ， 水化热降低的百分 率要低于粉煤灰取代水泥的百分率。由水化放热速率曲线 可以看到水泥早期水化过程的全貌，当水泥与水接触时马 上就开始了一个短而激烈的放热反应，在几分钟内达到最 大值，然后放热速率下降，跟着是一个相对的不活泼期【 5 J ， 之后水泥与水的反应加速，并在 9 h 左右达到最大放热峰 值；同时发现掺人粉煤灰不仅使水泥水化放热的速率减慢， 而且放热峰值推迟出现。掺量为2 0 时， 放热峰值大约推 迟 1 h出现，在所研究的掺量范围内，掺量增加 1 0 ，放 热峰值推迟大约 1 h 。 2 2外加剂对掺粉煤灰水泥水化热和放热速率的影响 外加剂和粉煤灰双掺对水泥水化放热速率和水化热的 影响见图 3 、图4 ，掺外加剂粉煤灰水泥水化热降低率见 表 5 。 表 5 T J 一 对掺粉煤灰水泥水化热降低百分率 图 3 T J 1 I f 对水化速率的影响 4 0 6 0 8 O l 0 0 水化时间 h T J 对水化热的影响 掺粉煤灰水泥的水化热随着外加剂的掺入， 早期水化 热降低显著，随着龄期的增长，其影响逐渐减小，在 1 0 h 龄期时水化热降低达 7 4 1 ，而3 d龄期时降低仅2 1 7 ， 说明外加剂主要是降低其早期水化热，放热峰值的出现延 缓了接近 1 0 h ，而放热峰值也稍有降低，同时发现T J 一 大大延长了水泥水化的潜伏期。 2 3外加剂与不同混合材双掺对水泥水化热和放热速率的影响 不同矿物掺合料和减水剂双掺对水泥水化放热速率和 水化热的影n i n o n 图5 、图6所示，不同矿掺合料和外加剂 双掺对水泥水化热降低率如表6所示。 表6 T J 对掺粉煤灰水泥水化热降低百分率 2 毫2 0 篙l _5 1 0 0 5 0 O 0 2 0 4 0 6 0 8 0 时间， 1l 图 5 外加剂与不同矿掺合料双掺对水化速率的影响 2 5 0 2 1 5 0 1 0 0 5 o O 0 20 4 0 6 0 8 0 时间m 图6 外加剂与不同矿掺合料双掺对水化热的影响 由于缓凝型减水剂显著的缓凝效果，延长了水化峰值 出现的时间，部分掩盖了不同矿物掺合料对水化热和水化速 率的影响，但仍可以看到矿物掺合料对水泥浆体的缓凝效 果，延长水化峰值出现的时间，同时发现粉煤灰的缓凝效 果和削峰效果要比矿渣显著。随着粉煤灰的掺入，早期水 化热降低显著，随着龄期的增长，其影响逐渐减小，在 1 0 h 龄期时水化热降低达3 1 4 ，而 3 d 龄期时降低 5 7 ， 说明粉煤灰能进一步降低掺外加剂水泥浆体早期的水化热， 而矿渣的掺入 1 0 h 时对水化热降低 1 7 3 ，之后水化热降 低幅度非常有限，3 d龄期时降低仅O 2 ，说明矿渣对于 水化热的降低效果低于粉煤灰。 3结 论 ( 1 ) 水泥的水化热随着粉煤灰掺量的增加而降低，且 随着龄期的增长，水化热随着粉煤灰掺量而降低的百分率 越来越小，同时掺人粉煤灰不仅使水泥水化放热的速率减 慢，而且放热峰值推迟出现。在所研究的掺量范围内，掺 量增加 1 0 ，放热峰值推迟大约 1 h 。 ( 2 ) 掺粉煤灰水泥的水化热随着减水剂的掺入，早期 水化热降低显著，随着龄期的增长，其影响逐渐减小。减 水剂降低其早期水化热，延长了水泥水化的潜伏期，放热 峰值的出现延缓了近1 0 h ，放热峰值也稍有降低。 ( 3 ) 矿物掺合料减少水化热和延迟水化放热进程的作 用，可以缓解高性能混凝土水泥用量大及标号高造成的早 期放热量大的程度，降低温度应力，提高混凝土，但矿渣 对于水化热的降低效果低于粉煤灰。 ( 4 ) 在设计混凝土配比时，通过调整矿物掺合料的种 类、掺量及掺加方式，可以控制高性能混凝土的水化热。 参考文献 1 】 R a h h a l V T a l e r o R E a r l y h y d r a t i o n o f P o r t l a n d c e me n t wi t h c r y s t a - l l i n e mi n e r a l a d d i t i o n s J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 7 ) ： 1 2 8 5 - 1 2 9 1 2 】 冯乃谦 高性能混凝土【 M】 北京： 中国建筑 出版社， 1 9 9 6 3 】第二届水泥化学会议论文选集 e 】 中国建筑工业出版社， 1 9 8 8 ， 1 0 4 】 L a wr e n c e P C y r M， RI NG OT E Mi n e r a l a d mi x t u r e s i n mo r t a r s ， E f f e c t o f i n e r t ma t e r i a l s o n s h o r t - t e r m h y d r a t i o n J 】 C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 3( 1 2 ) ： 1 9 3 9 r 1 9 4 7 5 】沈旦申 粉煤灰混凝土 M】 北京： 中国铁道出版社， 1 9 8 9 作者简介：孙鑫鹏， ( 1 9 8 3 一 ) ，工程师，硕士研究生学历，通信地址 湖南省长沙市劳动中 路 1 号中冶长天市政规划分院 3 3 2 6 号， 邮编： 4 1 0 0 1 0 收稿 日期： 2 0 1 1 年 4月 7日 5 2 0 1 1 粉煤灰 3 5 如 图 0