低成本高性能泵送混凝土水化热现象探讨

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

 低成本高性能泵送混凝土水化热现象探讨

张彬

内容摘要：混凝土在凝结硬化期间水泥发生水化反应放出大量水化热，根据传热原理，较大体积混凝土内部的热量散发是一个漫长的过程，本文对低成本高性能泵送混凝土水化热现象进行了简要的分析。

关键词：泵送 混凝土 水化 热现象

混凝土在凝结硬化期间水泥发生水化反应放出大量水化热，根据传热原理，较大体积混凝土内部的热量散发是一个漫长的过程，水化热导致内部混凝土的温度不断上升，而混凝土表面的温度由于空气的热交换要比内部混凝土低，特别是遇到寒流或气温显著变化时，内外温差将在混凝土表面引起很大的拉应力；在后期的降温冷却过程中，由于基础或旧混凝土的约束，又会在混凝土内部引起拉应力。当这些拉应力超过混凝上的抗拉强度时，即会出现裂缝。

一、实现混凝土减少水化温升的技术途径

1、减少水泥总用量，以便降低混凝土内部水泥水化引起的温升。

2、掺加矿物掺和料，如矿粉、粉煤灰等。

3、降低混凝土在生产过程中原材料进入搅拌，设备的初始温度，然而在生产中操作难度较大。

4、加强施工养护，如采取降温、保温法，这需要施工单位密切配合。采取上述综合措施可以总体降低混凝土内部水化温升，减少由于温度应力导致混凝土结构开裂的概率。

随粉煤灰掺量增加，水化放热逐渐降低，这是由于粉煤灰部分取代了水泥，减少了水泥用量。在水泥水化初期，粉煤灰很少参与水化反应。随水泥水化的进行，由于介质中CH浓度加大和向空隙的渗透能力的增强，CH与粉煤灰颗粒开始频繁地接触并进行水化反应，生成CSH凝胶。生成CSH凝胶所放出的热量远远小于C3A和CaS水化反应的放热量，并且生成CSH凝胶的反应较为缓慢，需要经历较长一段时间。所以随着粉煤灰掺量的增加水化热降低也就越大。但是粉煤灰掺量的线性增加并没有引起水化热的线性降低，而是比线性值更低，这是因为粉煤灰起到一定的扩散作用，分散了水泥颗粒，一定程度上减缓了水化反应，降低了水化热。

相对不掺粉煤灰，掺加30％(4#)粉煤灰放热峰出现时间延长约2h，最高温度降低10℃左右；掺量达到50％(6#)，最高温度比不掺粉煤灰(1#)降低约15℃，放热峰出现时间明显滞后达6h。可以看出，粉煤灰在混凝上中掺量在30％以内能够明显降低混凝土水化热，此时对混凝土强度及凝结时间影响不大；但掺量达到50％时，虽然能进一步降低最高温度，且使放热峰出现时间大幅度滞后，但由于水化速率过慢，对混凝土凝结时间及早期强度有较大的负面影响。

二．矿粉对水化热的影响

矿粉玻璃体具有三维的空间网络状结构，形成空间网络的是SiO2、A12O3：等氧化物，而Ga2+、Mg2+等金属离子嵌布在网络的空隙中。从矿粉玻璃体中各种键的强度来看，Si—O单键的单键强度最大，因而在矿粉玻璃体结构中[SiO4]的聚合程度越低，SiO2、A12O3键的数量越少，就越不稳定，从而就具有较高的化学活性。当与水作用时特别是在有激发剂的条件下，较易使玻璃体结构解离重新组合形成水化产物，呈现胶凝性。熟料的水化反应形成的Ctt的碱性溶液是造成矿粉溶解的首要条件，同时OH—离子浓度不断增加，较轻的水分子等易进入矿粉网状结构的内部空穴，高活性阳离子互相作用促进矿粉的分解和溶解，在掺人石膏的情况下，反应中消耗了体系溶液中的Ca2+、Ala+等离子，从而更加加快了矿粉的水化。

随矿粉掺量增加，水化速率逐渐降低，水化放热量减小；当矿粉掺量在40％以内时，如7#、8#最高温峰及出现时间相差不大，其水化放热量相差无儿；当掺量到达60％(9#)，最高温峰出现时间与掺加40％相比相差不大，但水化最高温峰明显降低，总放热量进一步减少；当掺量达到80％，由于取代水泥量过高，其最高温峰及出现时间明显落后于掺量为60％的拌和料。可以得出，掺加矿粉会降低水泥水化放热量，减少由于水化温升造成的温度裂缝；矿粉掺量为40％～60％会明显降低混凝土水化热；当掺量达到80％时，虽然能够大幅度降低混凝土水化热，但由于过于延长最高温峰出现时间，会对混凝土凝结时间及早期强度带来不利影响。

三、粉煤灰、矿粉复掺对水化热的影响

目前国内一般系统研究了粉煤灰、矿粉单掺对水泥水化放热的影响，缺乏粉煤灰、矿粉复掺对水泥水化放热系统研究。

1、当粉煤灰与矿粉掺量相同时，放热曲线如5#和8#。，掺矿粉的水泥水化速率要明显高于掺粉煤灰，最高温峰出现时间要早，最高温峰也较粉煤灰高，说明矿粉发生二次水化反，

应早于粉煤灰，即水化活性FA<SG。

2、当二者复掺取代水泥量为40％时，与粉煤灰、矿粉各单掺40％比较，由于粉煤灰水化活性较矿粉差，矿粉复掺粉煤灰相对单掺矿粉能够降低拌和物水化速率。

3、矿粉取代水泥60％，相对取代水泥40％(单掺或复掺)，水化最高温峰明显较低，出现最高温峰时间比单掺40％矿粉略长，比单掺粉煤灰及复掺要短，即单掺60％矿粉不会较长时间地延长拌和物水化放热时间。

4、当粉煤灰、矿粉复掺达到60％时，明显看出相比单掺60％矿粉9#，水化最高温峰基本相同，出现最高温峰时间延长达5h，即取代水泥,60％时，掺加20％的粉，煤灰能够明显延长拌和物水化放热时间。

综上所述，粉煤灰、矿粉复掺取代水泥60％时，不会降低二次水化反应，但可以延长

水化放热时间，减少拌和物早期集中放热，在体积较大工程施工中便于热量散发，减小了由于内部温升较外部过高而产生温度裂缝的概率。

四．矿粉热催化效应

在系统研究同标水化热测定方法后，同时研究了在不同环境温度下水泥水化放热规律，发现在较高环境温度时，矿粉会发生热催化效应。

1、水化温升规律 当拌和料温度为20~C时，最高温峰出现在33.6h，其最高温度为40.9℃，然而当拌和料初始温度为44.3℃，外界温度为80℃时，最高温峰及出现时间与之明显不同，最高温度提高至82.9℃，出现时间提前至20.5h。

2、热催化效应 从研究中发现，如果在较高温度条件下，矿粉会加速水化，随水化加速物料温度进一步提高，这样即使没有外加热量，水化还会进一步加速，最终导致拌和料温度持续增高的现象。

当拌和料温度较高时，出现了三个峰值，第—峰是水化放热峰；第二个峰值可能是由于矿粉中活性SiO2及Al2O3与CH反应生成水化凝胶，同时在石膏参与下生成AFt，由于掺入了40％矿粉，导致反应中石膏的量不足，且由于温度较高，出现了由AFt向AFm转化的现象；第三个峰值可能是由于在较高温度下，加速了矿粉的水化作用，消耗了体系中的Ca2+及A13+，从而使矿粉的水化加速进行，造成混凝土内部持续保持高温。

参考文献：1、姜晨光.土木工程概论.化学工业出版社.2009

2、孙瑞丰.建筑学基础.清华大学出版社.2006