混凝土组成材料对水泥水化特性的影响.pdf

材料工程 年第3期 水泥水化是一个放热反应，水化放热 是混凝土温升的唯一热源。研究混凝土组成 材料对水泥水化特性的影响规律是制定大体 积混凝土工程预防因温度应力导致贯穿性裂 缝的理论基础。大体积混凝土是指混凝土结 构物实体最小尺寸等于或大于1 m ，或预计 会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而 导致裂缝的混凝土。武广高速铁路XXTJ 标段工程全长79. 376 km ，C30混凝土墩柱 895个，单个墩柱（不含墩台和基础）的混 凝土用量达28. 65 504 m 3，是典型的大 体积混凝土工程。将工程实际原材料作为 实验对象，系统研究混凝土主要原材料对 水泥水化特性的影响，以指导墩柱大体积 混凝土施工，预防产生温度裂缝，确保工 程耐久。 1实验方案 1. 1实验材料与仪器 （1）标准砂：符合I SO679第5. 1. 3 条规定。（2）工程用砂：湖南洞庭湖中 砂，细度模数2. 8，含泥量2. 0%，其余 指标满足客运专线高性能混凝土暂行技 术条件规定。（3）粉煤灰：F类级粉 煤灰，细度0. 045 mm ，筛余9. 6% ，需水 量比94. 5% ，SO31. 06% ，Cl - 0. 016% ，碱 含量0. 47%。（4）外加剂：HT- HPC聚 羧酸高效减水剂，减水率 3%，总碱含 混 凝 土 组 成 材 料 对 水 泥 水 化 特 性 的 影 响 牛丽坤 王福川 金瑞灵 量（Na2O+0. 658K2O）1. 46%， 其余技术指标均符合客运专线 高性能混凝土暂行技术条件 规定。（5）水泥：P. O42. 5水 泥。实验使用的测试仪器包括： SHR- 800水泥直接测温仪、L80 水泥胶砂搅拌机、电子继电器、 温度计等。 1. 2实验方法 采用水泥水化热直接测定法 （GB20221980），即在恒温 （201）绝热条件下，实测 一定配比水泥胶砂因水泥水化放 热而引起的温度变化。为精确起 见，在升温和降温阶段均每隔1 h 记录一次温度。通过所测温度计 算不同配比水泥胶砂的水化温峰 Tma x，温峰出现时间t ma x，1 d、 配比编号PO 42. 5水泥/ g粉煤灰/ g水/ m L砂/ g聚羧酸/ g 1（基准）200060标准砂6000. 0 21425860标准砂6000. 0 31425860标准砂6002. 0 4（基准）200060工地砂6000. 0 51425860工地砂6000. 0 61425860工地砂6002. 0 表1 实验胶砂配合比 3 d、7 d水化热Q1 d、Q3 d、Q7 d， 分析混凝土各组成材料对水泥水 化特性的影响。实验胶砂配合比 见表1。 2实验结果及分析 实验结果见表2和图1、图2。 在胶砂中掺入占胶凝材料总量29% 的级粉煤灰时，最高水化温度下 降幅度为13% 15% ，达到最高水 化温度所需时间延长了30% ，1 d 水化热下降35% 42%，3 d水化 热下降40% 45%，7 d水化热下 降39%45% 。若同时掺入聚羧酸 泵送剂，这一趋势更为明显。 水 泥 水 化 热 主 要 来 自 硅 酸三钙和铝酸三钙，本实验所 用P. O42. 5水泥的硅酸三钙为 107 2011 2 . 9 材料工程 年第3期 55. 24% ，铝酸三钙为6. 22% ，当胶砂中掺入29% 粉煤 灰时，在水泥总矿物减少的同时，水化热量高的矿物 也相应减少，将使胶砂水化热显著减少，温度降低。 胶砂水化热温峰出现时间明显推迟，主要是所 掺粉煤灰在最初几小时并未参与水化反应，只有在水 泥水化经过潜伏期、生成Ca（OH）2后，才开始水化 反应。另外，水化速率快的矿物减少也使温峰出现时 间延迟。 聚羧酸作为泵送剂的主要成分主要起分散减水作 用，而为保证混凝土泵送施工时，塌落度经时损失较 小，必然复合缓凝剂组分，其缓凝作用使胶砂水化热 进一步减少、温峰降低、温峰出现时间延长。 实验结果还表明，当用工地湖砂取代标准砂 时，其胶砂的水化特性无明显改变。 3结论 （1）在水泥胶砂中掺入一定量优质粉煤灰，可 显著减少水化热量、降低温峰、延长温峰出现时间， 对防止大体积混凝土出现温度裂缝十分有利。 （2）在水泥胶砂中同时掺入优质粉煤灰和聚羧 酸泵送剂可进一步减少水化热量、降低温峰、延长温 峰出现时间。 （3）相同配比的标准砂水泥胶砂和工地砂水泥 胶砂的水化特性无明显差异。 责任编辑卢敏 图2水泥胶砂的水化特性实验结果示意图 图1水化温度与时间的关系 配比编号 t m ax/ Tmax/Q1 d/Q3d/Q7 d/ h%（Jg -1） %（Jg -1） %（Jg -1） % 110. 010033. 6100. 0181. 61100. 0214. 19100. 0215. 97100. 0 213. 013029. 587. 5117. 7464. 8129. 3360. 4130. 9360. 6 323. 023026. 879. 878. 6643. 3123. 7357. 8128. 3459. 4 410. 010033. 7100. 0189. 11100. 0222. 93100. 0224. 54100. 0 513. 013028. 785. 2110. 1158. 2122. 5955. 0123. 2254. 9 624. 024026. 879. 677. 6641. 1128. 0457. 4132. 0658. 8 （1）标准砂胶砂的水化温度与时间关系 表2水泥胶砂的水化特性实验结果 （2）工地砂胶砂的水化温度与时间关系 温 度 / 曲线1：水泥 曲线2：水泥粉煤灰 曲线3：水泥粉煤灰聚羧酸 时间/ h -5051015202530354045505560657075 温 度 / 时间/h 曲线1：水泥 曲线2：水泥粉煤灰 曲线3：水泥粉煤灰聚羧酸 -505101520253035 4045505560657075 34 32 30 28 20 24 22 20 34 32 30 28 26 24 22 20 0 tmax/hTm a x/ Q1 d/ （Jg -1 ）Q3d/ （Jg -1） Q7 d/ （Jg -1） 水 化 特 性 实 验 变 化 百 分 比 / 250 200 150 100 50 0 1 2 3 3 1 0 108 2011