水泥细度与成分对混凝土温升的影响.pdf

第 3 6卷 第 1 期 2 O 1 4年 2月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g V o I J 3 6 No 1 Fe b2O1 4 d o i ： 1 0 1 1 8 3 5 i s s n 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 4 0 1 0 1 7 水泥细度与成分对混凝土温升的影响 王 冲 ， 殷 吉强 ， 肖 ( 重庆大 学 材料科 学与 波 ， 白 光 ， 杨 长 辉 工程 学 院 ， 重庆 4 0 0 0 4 5 ) 摘 要 ： 大体 积混 凝 土的绝 热 温升影 响 因素众 多， 其 中水泥 细度 与 组成 成 分 的影 响研 究 较 少 。分 别 测试了不同水泥细度及碱含量、 粉煤灰掺量与石 膏含量等对混凝 土温升的影响规律 。研 究结果表 明， 随着水泥比表面积的增加 ， 混凝土绝热温升值与温升速率随着水泥细度增加而增大； 水泥碱含量在 0 4 1 2 范 围内， 水泥碱 含量增加 ， 其最 大温升值 减 小， 水泥碱 含量过 高或过低都会 延长 混凝 土温 升时间； 粉煤灰的掺入有利于降低混凝土最大温升值 ； 石膏含量增加也对控制混凝土温升有利。 关 键词 ： 水 泥 细度 ； 碱 含量 ； 粉 煤灰 ； 石 膏含量 ； 混 凝土 温升 中 图分 类 号 ： TU5 2 8 0 文献标 志 码 ： A 文 章编 号 ： 1 6 7 4 - 4 7 6 4 ( 2 0 1 4 ) O 1 一 O l 1 4 0 5 I n f l u e nc e o f Ce me n t Fi ne ne s s a n d Co mp o n e n t s o n Te mpe r a t u r e Ri s e o f Co n c r e t e Wan g Ch o n g ， y n J i q i a n g，Xi ao Bo，Bai Gu an g， Y an g Ch a n g h u i ( Co l l e g e o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g，Ch o n g q i ng Un i v e r s i t y，Ch o n g q i n g ， 4 0 0 0 4 5，P R Ch i n a ) Abs t r a c t ： Ad i a ba t i c t e m p e r a t u r e r i s e of mas s c o nc r e t e i s e f f e c t e d b y ma ny f a c t or s Amon g t hos e f a c t or s，t he a na l y s i s o f c e me n t f i ne ne s s a n d c o mpo ne nt s i s l a c ki n g I nf l u e nc e s o f c e m e nt f i n e ne s s， a l ka l i c o nt e nt ， r e p l a c e m e nt of f l y a s h，a n d gy ps um c o nt e nt o n t e mpe r a t ur e r i s e of c o nc r e t e we r e i nv e s t i g a t e d The t e s t r e s ul t s s ho w t ha t ，t e mpe r a t ur e r i s e a n d t e mpe r a t u r e r i s e r a t e a r e i m p r o ve d wi t h t he i nc r e m e nt o f s p e c i f i c s ur f a c e a r e a o f c e m e n t W he n a l ka l i c o nt e nt i s r a n gi n g f r o m 0 4 t o 1 2 ，t h e ma xi m u m t e mpe r a t u r e i s r e d uc e d wi t h t he i nc r e m e nt o f a l ka l i c o nt e nt ，a nd t he t e mpe r a t ur e t i me wi l l be e x t e nde d whe t h e r t o o hi g h o r t o o l o w a l k a l i c o n t e n t i n c e me n t The i nc r e me nt of r e pl a c e me n t o f f l y a s h a n d gy ps um c o nt e nt i s g oo d f o r r e du c i ng t e m p e r a t u r e r i s e o f c o nc r e t e Ke y wo r d s ： c e me n t f i n e n e s s ；a l k a l i c o n t e n t ；f l y a s h；g y p s u m c o n t e n t ；t e mp e r a t u r e r i s e o f c o n c r e t e 近年来随着结构技术 的发展与工程需要 ， 大体 积 混凝 土在 水 工 建设 中大 量 应 用 外 ， 在 建 筑 工 程 中 的应用也越来越普遍 。大体积混凝土最关注 的问题 是 因其水泥水化引起的绝热温升 ， 以及 由此 引发 的 混凝土温度裂缝等 。当前针对大体积混凝土绝热温 升的研究主要集中于绝热温升的模拟计算与预测 ， 或 者温升的控制技术以及混凝土温升的影响因素研究。 其中， Hu 等 、 Hi s a s h i 等 、 B a l l i ml 3 、 Q i a n 等 利用 数学模 型预测 或计 算 了不 同结构 大 体 积混 凝 土 的绝 热温升 ， F u n a mo t o 等 、 张沔等_ 6 研究 了大体积混凝 土温升控制技术 ， 汪冬冬等 、 Ng 等 8 、 Wa n g 等 、 王甲春等口 试 验研究 了掺合料或外加 剂对混凝土 温升的影响 ， 何建 国等 测试 了不 同水胶 比混凝土 的温升 ， S h e n 等口 。 分析了环境条件等对混凝土温升 的影响。不过 ， 很 少针对水泥细度 与组成成分对 混 凝 土绝 热温 升影 响 的系统 研究 。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 4 1 2 基金项 目： 西部交通项 目( 2 0 0 9 3 1 8 0 0 0 0 3 3 ) 作者简介 ： 王冲( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 博士 ， 副教授 ， 主要从事材料学研究 ， ( E ma i l ) c h o n g wa n g c q u e d u c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 6 卷 从 图 2与表 4结 果 可 以看 出 ， 随着 水 泥 细 度 增 大 ， 混 凝 土 温 升 增 加 ， 水 泥 比 表 面 积 分 别 为 2 9 7 、 3 3 7 、 3 8 5 m k g时， 混凝 土 最 大温 升 值 分别 达 到 3 6 8 、 3 9 2和 4 0 0 。 由 图 2温 升 曲线 还 可 以 看 出水泥细度与混凝土温升速率的关 系。水泥细度增 加 ， 混凝土绝热温升速率也相应增大 ， 水泥比表面积 2 9 7 m k g时 混凝 土达 到 最 高 温 度 所 用 时 间为 4 5 h ， 比表面积为 3 3 7和 3 8 5 m。 k g时达到最高温 度 的时 间分别 为 3 9和 3 6 h 。水 泥 细 度 的增 加 提 高 了混凝土温升值 ， 缩短 了达到最高温度 时间的原 因 众所周知， 即水泥 比表面积大 ， 与水接触面积大 ， 水 泥 水化 速度 较快 ， 且在 短时 间 内水 化放 热量 也更 大 。 2 2 水 泥碱 含量 影 响 测试 了碱含量分别为 0 4 、 0 8 及 1 2 9 5 的 水泥的混凝土绝热温升值 ， 结果如图 3及表 5 所示。 40 鬟 3 廷 1 0 5 O 时间， h 注： 如 0 4 一0 8 嘻 一1 2 图 3水泥碱含 量不同时的混凝土绝热温升曲线 从 图 3与表 5温升测试结果可以看出， 水泥碱 含 量分 别 为 0 4 、 0 8 与 1 2 9 6 时 ， 混 凝 土温 升 最 大值分别为 3 3 7 、 3 4 5及 3 2 2 ， 随着碱含量 增 加 ， 混凝土最大绝热温升值降低。 表 5 碱含量对混凝土温升影 响 图 3与表 5 结果也显示 ， 与何真等_ 】 的研究结 果 不 同的是 ， 不 同碱含 量 的水 泥 配制 的混 凝 土 ， 达 到 最大温升值的时 间也不 同， 碱含量 0 4 的水 泥其 混 凝 土温升 在 3 6 h达 到最 高 ， 水 泥碱 含 量 为 0 8 达 到最 大温 升 时间最 短 ， 只有 3 0 h ， 而水 泥碱 含量 增 加至 1 2 时达到最大温升值 的时 间为 5 1 h ， 这反 映出碱含量从 0 4 增加至 0 8 时， 水泥水化与混 凝土温升值增大， 而再继续增大碱含量 ， 水泥水化反 而受到抑制。这一结果可 由文献 1 5 得到解释 ， 即 ： 碱的加入 ， 使得石膏消耗速度加快 ， 钙矾石形成速率 与水化硅酸钙与氢氧化钙形成速率加速 ， 表现为混 凝土温升速率加快 ； 不过 ， 碱浓度超过一定量后将延 缓 硫铝 酸盐 的形成 ， 从 而影 响水 泥水 化 速度 ， 混 凝 土 温 升受 到 限制 。 2 3粉煤灰 掺量 的 影响 试验测试了以粉煤灰作为水泥混合材时其掺量 分别为 0 、 1 0 、 2 0 和 3 O 的混凝 土温升规律。 试 验结 果如 图 4及表 6所示 。 h 赠 赠 1 2 2 4 3 6 4 8 6 0 7 2 时间， h 注： 一 O l 一 2 O 一 3 图 4水泥中不同粉煤灰掺量的混凝土温升 曲线 表 6粉煤灰掺 量对 混凝土温升影响 粉煤灰掺量 最大温升值 c 达到最 高温度 时间 h 图 4与表 6结果显示 ， 粉煤灰取代水泥熟料后 ， 随着取代量从 0增加至 3 0 ， 混凝土温升值 随之相 应减 小。不 掺 粉 煤 灰 时 混 凝 土 最 大 温 升 值 为 4 1 9， 粉煤灰掺量 3 0 时的最大温升值 降低至只 有 3 1 6， 降低 至非常明显 ， 这主要是因为粉煤灰 取代水泥熟料 ， 水泥熟料含 量降低 ， 水 泥水化热 减 小 ， 混凝土温升值随之降低。结果也显示 ， 粉煤灰的 掺入使得达到温度最大值 的时间也相应 的延后 ， 不 掺粉煤灰时达到最高温度的时间为 3 5 h ， 粉煤灰掺 量 3 0 时 ， 温升最大值时问比不掺粉煤灰 的混凝土 时 间延后 了 3 0 h 。出 现这 种 情 况 的原 因 在 于 ， 粉 煤 灰减小了水泥水化热的同时 ， 水化放热速率也相应 减小 ， 最 大温 升 出现时 间延 后 。此外 ， 粉 煤 灰 的火 山 灰效应使得其 二次反应放热 比水泥水化放热滞后 ， 且火 山灰效应持续时间很长 ， 因而 图 4显示粉煤灰 掺量 3 O 9 6 时， 水化 6 5 h后温升值仍在增加 ， 其原因 就在于粉煤灰 的火山灰反应放热。 2 4 石膏含量的影响 试验测试了水泥中二水石膏含量不同时的混凝 土温升情况 ， 石膏含量分别 为 3 5 、 4 5 、 5 5 V o 。 混 凝 土温 升测试 结果 是 与 图 5及 表 7中。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 王 冲 ， 等 ： 水 泥 细度与 成 分对 混凝 土温升 的 影响 3 5 矗 2 0 粪 犒 图 5 水泥中不 同石膏 含量 的混凝土温升 曲线 表 7 石 膏含量对混凝土温升影 响 图 5与表 7结果显示 ， 增加水泥中石膏含量 ， 可 以降低混凝土的最大温升值 。水泥 中石膏含量分别 为 3 5 、 4 5 和 5 5 时， 石膏含量 3 5 时混凝 土 的温 升 最 大 ， 达 到 4 2 0 ， 石 膏 含 量 分 别 为 4 5 9 6 和 5 5 9 6 时的混凝土温升最高值 只有 3 0 4和 2 9 2 ， 二者 相差 不 大 。 图 5结果还表明， 石膏含量不同时 ， 随石膏含量 增加 ， 混凝土温升值增加速率也相应减小， 达到最高 温度 的时间相应延后 。彭家惠等口 。 认为 ， 石膏含量 决定钙矾石形成 总量 ； 杨南如等口 研究表 明， 钙矾 石 的稳定条件在很大程度上决定于液相中E s o。 的 浓度 ， 若溶液 中 s o。 的浓度 过低 ， 则钙矾石难 以生 成或不能稳定存 在。在本文试验条件下 ， 石膏含量 从 3 5 增至 5 5 ， 水泥 中钙矾石生成量增 大且稳 定性增加 ， 延缓了水泥水化放热 ， 因而导致混凝土温 升值及温升速率也相应减小 。 3 结论 1 ) 随着 水泥 比表 面 积 的增 加 ， 混 凝 土 绝 热 温 升 值与温升速率皆增大 。 2 ) 水泥碱含量在 0 4 1 2 范 围内， 水泥碱 含量增加 ， 其最大温升值减小 ， 不过最大温升值 出现 时间是碱含量 0 8 时最短 ， 水 泥碱含量过 高或 过 低都会延长混凝土最大温升时间 。 3 ) 粉煤灰的掺入 ， 混凝土最大温升值显著降低 ， 而混凝土最大温升出现的时间相应延后。 4 ) 石膏含量增加 ， 减小了混凝土的最大温升 ， 延 缓 了混凝土温升速率 。 参考 文献 ： 1 Hu Y M，L i a n g C C a l c u l a t i o n o f t e mp e r a t u r e r i s e o f ma s s c o n c r e t e a n d m o d i f i c a t i o n o f f o r mu l a J Ad v a n c e d Ma t e r i a l s Re s e a r c h，2 0 1 2， 5 9 4 5 9 5 5 9 6 5 9 7 ： 7 42 7 48 2Hi s a s h i S ，Y o s h i h i r o MP r e d i c t i o n o f t e rop e r a t u r e“ s e o f c o n c r e t e me mb e r u s i n g ma t h e ma t i c a l mo d e l f o r c e me n t h y d r a t i o n a n d mi c r o s t r u c t u r e f o r ma t i o n J J o u r n a l o f S t r u c t u r a l a n d Co n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g， 20 08，7 3：9 - 1 7 3 B a l l i m Y A n u me r i c a l mo d e l a n d a s s o c i a t e d c a l o r i me t e r f o r p r e d i c t i n g t e mp e r a t u r e p r o f i l e s i n ma s s c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ，2 0 0 4 ，2 6 ( 6 ) ： 69 5 7 O3 4 Qi a n C X， Ga o G B R e d u c t i o n o f i n t e r i o r t e mp e r a t u r e of mas s c o nc r e t e us i n g s u s pe ns i on o f pha s e c ha n ge ma t e r i a l s a s c o o l i n g f l u i d J C o n s t r u c t i o n a n d Bu i l d i n g M a t e r i a l s ，2 0 1 2，2 6 ( 1 )：5 2 7 5 3 1 5 F u n a mo t o K S t u d y o n c o n t r o l o f t e mp e r a t u r e r i s e o f c o n c r e t e t r a n s p o r t e d i n h o t we a t h e r口 AI J J o u r n a l o f Te c h n o l o g y a n d De s i g n，2 0 1 0 ， ( 6 ) ：4 3 1 4 3 4 6张涝 ， 刘斌 ， 贺拴海 ， 等桥梁大 体积混 凝土温 度控 制 与防裂 J 长 安大 学学 报 ： 自然科 学 版 ， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 3 ) ： 4 3 4 8 Z h a n g Y ，Li u B，He S H ，e t a 1 Te mp e r a t u r e c o n t r o l a n d a n t i c r a c k o f ma s s i v e c o n c r e t e i n l a r g e b r i d g e s J J o u r n a l o f Ch a n ga n Un i v e r s i t y ： Na t u r a l S c i e n c e E d i t i o n，2 0 0 6，2 6 ( 3 ) ：4 3 4 8 7汪冬冬 ，周 士琼 大 体 积 混 凝 土绝 热 温升 试 验研 究 J 粉煤灰 ， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 3 - 6 Wa n g D D， Z h o u S Q Ex p e r i me n t a l s t u d y o f t e mp e r a t u r e r i s i n g o f ma s s c o n c r e t e i n s u l a t i n g E J C o a l As h Ch i n a，2 0 0 6 ( 5 ) ：3 - 6 8N g P L，Ng I Y T，F u n g W W S ，e t a 1 Ad i a b a t i c t e m p e r a t u r e r i s e o f p u l v e r i z e d f u e l a s h ( P FA)c o n c r e t e J Ad v a n c e d Ma t e r i a l s Re s e a r c h ，2 0 1 1 ，1 6 8 1 6 9 1 7 0：57 0 57 7 9Wa n g X，L e e H，S h i n S W ， e t a 1 S i mu l a t i o n o f a t e mpe r at u r e r i s e i n c o nc r e t e i nc or po r a t i ng s i l i c a f u m e _ J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ，2 0 1 0 ，6 2 ( 9 ) ； 6 3 7 - 6 46 E l O 王甲春 ，阎培渝粉 煤灰 混 凝土绝 热温 升 的试验 研究 J 沈阳建筑大学学报： 自然科学版， 2 0 0 6 ，2 2 ( 1 ) ： 1 1 8 1 21 Wa n g J C，Ya n P YEx p e r i me n t a l a n a l y s i s o f a d i a b a t i c t e mp e r a t u r e r i s e o f f l y a s h c o n c r e t e J J o u r n a l o f S h e n y a n g J i a n z h u Un i v e r s i t y： Na t u r a l S c i e n c e ，2 0 0 6 ， 2 2 ( 1 ) ：1 1 8 - 1 2 1 1 1 韩建 国 ， 张 闰，郝卫增水胶 比和粉煤灰对混凝 土绝热 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 8 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 6 卷 温升的影响E J 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 1 O ) ：1 0 1 2 Ha n J G，Z h a n g R，Ha o W Z I n f l u e n c e o f wa t e r b i n d e r r a t i o a n d f l y a s h o n t h e a d i a b a t i c t e mp e r a t u r e r i s e o f c o n c r e t e E J G C o n c r e t e ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ：1 0 1 2 1 2 S h e n D J ， L u a n H，J i a D Q， e t a 1 I n f l u e n c e o f e n vi r onme nt a l c o nd i t i o ns on t e mpe r a t ur e f i e l d o f c o n c r e t e E J Ad v a n c e d Ma t e r i a l s R e s e a r c h ，2 0 1 1 ( 7 ) ： 16 61 - 1 66 6 1 3 7 S h e h a t a M H，T h o ma s M D A T h e r o l e o f a l k a l i c o nt e n t of Por t l a n d c e me nt on t he e x pa n s i on o f c o nc r e t e pr i s ms c ont a i n i n g r e a c t i v e a g gr e ga t e s a nd s u p p l e me n t a r y c e me n t i n g ma t e r i a l s J C e me n t a n d Co nc r e t e Re s e a r c h，2O 1 0， 40：5 69 - 57 4 1 4 何 真，梁文泉 ，陈美祝 ， 等 碱对 水泥基 材料早 期收 缩 性能 的影 响 J 硅 酸 盐学 报 ，2 0 0 4 ，3 2 ( 1 0 ) ：1 2 9 3 12 99 He Z，Li a n g W Q， Ch e n M Z， e t a 1 Ef f e c t s o f a l k a l i n i t y o n e a r l y a g e s h r i n k a g e c h a r a c t e r i s t i c o f c e me n t b a s e d ma t e r i a l s r J J o u r n a l o f t h e Ch i n e s e Ce r a mi c S o c i e t y ，2 0 0 4 ，3 2 ( 1 0 )：1 2 9 3 1 2 9 9 1 5 Ma s s a z z a F D水泥 和胶凝 材料 的水化化 学 c 印度 新德里 ： 第 9届 国际水泥化 学会 议综合 报告译 文集( 印 度新德里 ) 南京 化 工 学 院材 料 科 学与 工 程 系 编译 19 92： i 55 - 2 39 1 6 彭 家惠 ， 楼宗汉钙 矾石形 成机理 的研 究E J 硅 酸盐 学报 ，2 0 0 0 ， 2 6 ( 6 ) ： 5 1 1 - 5 1 7 Pe n g J H， L o u Z H S t u d y o n t h e me c h a n i s m o f e t t r i n g i t e f o r ma t i o n J J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y ，2 0 0 0，2 6 ( 6 ) ：5 1 1 5 1 7 1 7 杨南 如 ， 钟 白茜 ，董攀 ， 等钙矾石 的形成 和稳定 条件 J 硅酸盐学报 ， 1 9 8 4 ，1 2 ( 2 ) ： 1 5 5 1 6 5 Ya n g N R， Z h o n g B Q，Do n g P，e t a 1 Et t r i n g i t e f o r ma t i o n a n d c o n d i t i o n s f o r i t s s t a b i l i t y J J o u r n a l o f t h e Ch i n e s e Ce r a mi c S o c i e t y ，1 9 8 4，1 2 ( 2 ) ：1 5 5 1 6 5 ( 编辑王 秀玲) ( 上接 第 1 0 5页) W a n g Z L，S h e n L F，Ya o J ，e t a 1 Ca l c u l a t i o n o f S t r e S S f i e l d i n s u r r o und i ng r oc ks of s ha l l o w t unn e l us i n g c o mp u t a t i o n a l f u n c t i o n o f c o mp l e x v a r i a b l e me t h o d J Ro c k a n d S o i l Me c h a n i c s ，2 0 1 0，3 1 ( S u p ) ： 8 6 9 0 E 1 4 张顶锋 ， 杜守继盾构隧道并行施 工对既有 隧道影 响的 理论分析 J 力学季刊， 2 0 1 0 ， 3 1 ( 4 ) ： 5 8 2 5 8 8 Z h a n g D F，bu S J Th e o r e t i c a l a n a l y s i s o f e x i s t i n g t u n n e l a f f e c t u n d e r s h i e l d t u n n e l p a r a l l e l c o n s t r u c r i o n L J C h i n e s e Qu a r t e r l y o f Me c h a n i c s ，2 0 1 0 ， 3 1( 4 ) 1 58 2 5 88 1 5 晏莉 ， 阳军生 ， 刘宝琛 浅埋双孑 L 平行隧道开挖 围岩应 力 和位移 分析 J 岩土工程学报 ， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 3 ) ： 4 1 3 4 1 9 Ya n L，Ya n g J S，Li u B CS t r e s s a n d d i s p l a c e me n t o f s u r r o u n d i n g r o c k wi t h s h a l l o w t wi n - p a r a l l e l t u n n e l s J C h i n e s e J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g ， 2 0 11， 3 3( 3)：41 3- 41 9 1 6 童磊， 谢康和， 卢萌盟， 等 盾构任意衬砌变形边界条件 下复变 函数 弹 性解 J 浙 江 大学 学 报 ： 工 学 版 ， 2 0 1 0 ， 4 4 ( 9 )：1 8 2 5 - l 8 3 0 To n g L， Xi e K H ，Lu M M ， e t a 1 El a s t i c c o mp l e x v a r i a b l e s s o l u t i o n f o r g e n e r a l a r b i t r a r y g r o u n d d e f o r ma t i o n o f t u n n e l s i n c l a y s J J o u r n a l o f Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ：En g i n e e r i n g Sc i e n c e ， 2 0 1 0， 4 4( 9 )： 1 8 2 5 1 8 3 0 1 7 刘伟 信机械最 优化 理论 F M ， 北京 ： 清 华大 学 出版社 ， 1 9 97： 1 43 1 49 ( 编 辑胡 英 奎 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m