混凝土組成材料對水泥水化特性的影響

■ 牛麗坤 王福川 金瑞靈

水泥水化是一個放熱反應，水化放熱是混凝土溫升的唯一熱源。研究混凝土組成材料對水泥水化特性的影響規(guī)律是制定大體積混凝土工程預防因溫度應力導致貫穿性裂縫的理論基礎。大體積混凝土是指混凝土結構物實體最小尺寸等于或大于1 m，或預計會因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導致裂縫的混凝土。武廣高速鐵路XXTJⅡ標段工程全長79.376 km，C30混凝土墩柱895個，單個墩柱（不含墩臺和基礎）的混凝土用量達28.6～5 504 m3，是典型的大體積混凝土工程。將工程實際原材料作為實驗對象，系統(tǒng)研究混凝土主要原材料對水泥水化特性的影響，以指導墩柱大體積混凝土施工，預防產(chǎn)生溫度裂縫，確保工程耐久。

1 實驗方案

1.1 實驗材料與儀器

（1）標準砂：符合ISO679第5.1.3條規(guī)定。（2）工程用砂：湖南洞庭湖中砂，細度模數(shù)2.8，含泥量≤2.0%，其余指標滿足《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》規(guī)定。（3）粉煤灰：F類Ⅰ級粉煤灰，細度0.045 mm，篩余9.6%，需水量比94.5%，SO31.06%，Cl-0.016%，堿含量0.47%。（4）外加劑：HT-HPC聚羧酸高效減水劑，減水率23.9%，總堿含量（Na2O+0.658K2O）1.46%，其余技術指標均符合《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》規(guī)定。（5）水泥：P.O42.5水泥。實驗使用的測試儀器包括：SHR-800水泥直接測溫儀、L80水泥膠砂攪拌機、電子繼電器、溫度計等。

1.2 實驗方法

3 d、7 d水化熱Q1d、Q3d、Q7d，分析混凝土各組成材料對水泥水化特性的影響。實驗膠砂配合比見表1。

2 實驗結果及分析

采用水泥水化熱直接測定法（GB 2022—1980），即在恒溫（20±1 ℃）絕熱條件下，實測一定配比水泥膠砂因水泥水化放熱而引起的溫度變化。為精確起見，在升溫和降溫階段均每隔1 h記錄一次溫度。通過所測溫度計算不同配比水泥膠砂的水化溫峰Tmax，溫峰出現(xiàn)時間tmax，1 d、

實驗結果見表2和圖1、圖2。在膠砂中摻入占膠凝材料總量29%的Ⅰ級粉煤灰時，最高水化溫度下降幅度為13%～15%，達到最高水化溫度所需時間延長了30%，1 d水化熱下降35%～42%，3 d水化熱下降40%～45%，7 d水化熱下降39%～45%。若同時摻入聚羧酸泵送劑，這一趨勢更為明顯。

水泥水化熱主要來自硅酸三鈣和鋁酸三鈣，本實驗所用P.O42.5水泥的硅酸三鈣為55.24 %，鋁酸三鈣為6.22%，當膠砂中摻入29%粉煤灰時，在水泥總礦物減少的同時，水化熱量高的礦物也相應減少，將使膠砂水化熱顯著減少，溫度降低。

表1 實驗膠砂配合比

表2 水泥膠砂的水化特性實驗結果

膠砂水化熱溫峰出現(xiàn)時間明顯推遲，主要是所摻粉煤灰在最初幾小時并未參與水化反應，只有在水泥水化經(jīng)過潛伏期、生成Ca（OH）2后，才開始水化反應。另外，水化速率快的礦物減少也使溫峰出現(xiàn)時間延遲。

聚羧酸作為泵送劑的主要成分主要起分散減水作用，而為保證混凝土泵送施工時，塌落度經(jīng)時損失較小，必然復合緩凝劑組分，其緩凝作用使膠砂水化熱進一步減少、溫峰降低、溫峰出現(xiàn)時間延長。

實驗結果還表明，當用工地湖砂取代標準砂時，其膠砂的水化特性無明顯改變。

3 結論

（1）在水泥膠砂中摻入一定量優(yōu)質(zhì)粉煤灰，可顯著減少水化熱量、降低溫峰、延長溫峰出現(xiàn)時間，對防止大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫十分有利。

（2）在水泥膠砂中同時摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰和聚羧酸泵送劑可進一步減少水化熱量、降低溫峰、延長溫峰出現(xiàn)時間。

（3）相同配比的標準砂水泥膠砂和工地砂水泥膠砂的水化特性無明顯差異。