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

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XXTJⅡ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28.6～5 504 m3，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ISO679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Ⅰ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23.9%，总碱含量（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

3 d、7 d水化热Q1d、Q3d、Q7d，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

采用水泥水化热直接测定法（GB 2022—1980），即在恒温（20±1 ℃）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Tmax，温峰出现时间tmax，1 d、

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Ⅰ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。

表1 实验胶砂配合比

表2 水泥胶砂的水化特性实验结果

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。