膠凝材料組成對(duì)高強(qiáng)混凝土早期溫升的影響

1、2014年第3期(總第293期)Number3in2014(TotalNo293)混凝土Concrete理論研究THEORETICALRESEARCHdoi：103969~issn1002—3550201403001膠凝材料組成對(duì)高強(qiáng)混凝土早期溫升的影響崔強(qiáng)。王棟民’，閻培渝(1中國礦業(yè)大學(xué)(JL京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083；2清華大學(xué)土木系，北京100084)摘要：分別在25、5O℃條件下測(cè)定了水泥、水泥一礦渣、水泥一粉煤

2、灰一硅灰三種不同膠凝材料的水化放熱特性，并測(cè)定了分別用三種膠凝材料配制的相同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土的絕熱溫升。試驗(yàn)結(jié)果表明：無論在常溫還是高溫條件下，水泥一粉煤灰一硅灰體系的水化放熱速率始終低于純水泥體系；水泥一礦渣體系的水化放熱速率在水化減速期的后階段超過純水泥體系，使其與純水泥體系的放熱量差距縮小；提高水化溫度對(duì)水泥一礦渣體系的水化促進(jìn)作用非常明顯。混凝土的初期絕熱溫升與其膠凝材料在常溫條件下的水化放熱特性相關(guān)性強(qiáng)，隨著內(nèi)部溫度的增大，絕

3、熱溫升與其膠凝材料在高溫條件下的水化特性具有更好的相關(guān)性。關(guān)鍵詞：?；郀t礦渣；粉煤灰；硅灰；絕熱溫升；水化熱中圖分類號(hào)：TU528O1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002—3550(2014)03—0001—03InfluenceofcementitiousmaterialcompositionontheearlytemperatureriseofhighstrengthconcreteC叫(~ang，WANGDongmin，YANPei

4、yu(1SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Beijing100083，China；2DepartmentofCivilEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Theexothermicpropertiesofcement，cemen

5、tggbs，cement—flyash—silicafumeweredeterminedundertheconditionsof25℃and50℃respectivelyInthemeanwhile，theadiabatictemperaturerisesoftheconcretespreparedbythethreebinderswiththesamestrengthgradeweredeterminedTheresultsshowt

6、hattheexothermicrateofcementflyash—silicafumeislowerthanthatofpurecementateachperiodunderwhether25℃or50℃Theexothermicrateofcement—ggbsexceedsthatofpurecementatthelatedecelerationperiodwhichdecreasesthediferenceofhydratio

7、nheatbetweenthetwocementitioussystemsTheinfluenceofincreasinghydrationtemperatureonthehydrationofcementggbsisthemostsignificantThedisciplineoftheinitialadiabatictemperaturerisesofconcretesandtheircemen—titiousmaterialsex

8、othermicpropertiesundernormaltemperatureconditionshaveastrongcorrelationAsthetemperaturerisesinsidetheconcretes，thedisciplineoftheadiabatictemperaturerisesandtheircementitiousmaterialsexothermicprope~iesunderhightemperat

9、ureconditionshaveabettercorrelationKeywords：granulatedblastfurnaceslag；flyash；silicafume；adiabatictemperaturerise；hydrationheat0引言膠凝材料用量大是高強(qiáng)混凝土材料組成的重要特點(diǎn)，導(dǎo)致高強(qiáng)混凝土的早期水化放熱量大。高強(qiáng)混凝土構(gòu)件多數(shù)應(yīng)用在柱和梁等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位，構(gòu)件截面尺寸較大，混凝土構(gòu)件內(nèi)部熱量散失緩慢，導(dǎo)致構(gòu)件

10、內(nèi)部溫升很高，高強(qiáng)混凝土構(gòu)件內(nèi)部最大溫升超過50℃是很常見的現(xiàn)象。高溫加速了膠凝材料的水化速率，增大了混凝土的早期收縮，此外，降溫過程中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力較大，從而使混凝土構(gòu)件具有比較大的開裂風(fēng)險(xiǎn)。降低高強(qiáng)混凝土的早期溫升是降低其開裂風(fēng)險(xiǎn)的重要途徑之一?，F(xiàn)代混凝土的配合比設(shè)計(jì)中往往采用一定量的礦物摻合料。礦物摻合料在昆凝土中能夠起到多種作用，改善流動(dòng)性、減少泌水、減少收縮、降低水化熱等【4]。對(duì)于高強(qiáng)混凝土而言，礦物摻合料對(duì)其水化放熱的影響

11、是非常值得關(guān)收稿日期：201309—30基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51278277)注的，因?yàn)檫@與影響高強(qiáng)混凝土早期體積穩(wěn)定性的很多因素密切相關(guān)。本試驗(yàn)選擇了工程上常用的礦渣、粉煤灰和硅灰這三種礦物摻合料，配制了不同膠凝材料組成的C70高強(qiáng)混凝土，研究了不同膠凝材料組成的水化放熱性能及其對(duì)高強(qiáng)混凝土絕熱溫升的影響。1原材料與試驗(yàn)方法11原材料試驗(yàn)所用的膠凝材料是PI425級(jí)水泥、II級(jí)粉煤灰、$95級(jí)磨細(xì)高爐礦渣粉和凝聚態(tài)硅灰。水

12、泥及礦物摻合料的化學(xué)成分如表1所示。減水劑為聚羧酸減水劑(固含量為20％)。試驗(yàn)所用的粗集料為5～25mm連續(xù)級(jí)配石灰?guī)r碎石；細(xì)集料為細(xì)度模數(shù)24的天然河砂，II區(qū)中砂。12試驗(yàn)方法采用TAMAIR8通道量熱儀分別在25、50℃恒溫學(xué)兔兔www.xuetutu.com≥糌押fI壤02040608010012014016018O時(shí)間，h圖3不同膠凝材料在5O℃時(shí)的水化放熱速率曲線《時(shí)間／h圖4不同膠凝材料在50℃時(shí)的水化放熱量曲線表4不同

13、膠凝材料在50℃時(shí)7d的最終水化放熱量J控制。值得注意的是，膠凝材料在50℃時(shí)的水化穩(wěn)定期的水化速率非常低，這說明顆粒表面的凝膠層很致密，阻礙了進(jìn)一步水化。圖4顯示，在50℃條件下，水泥一礦渣的水化熱與純水泥的水化熱相差不大，且隨著水化時(shí)間的延長，差距越來越小，水泥一礦渣的7d放熱量達(dá)到了純水泥的982％(表4)。這是因?yàn)樵谒嘁坏V渣體系中，高溫不僅激發(fā)了水泥的水化活性，也激發(fā)了礦渣的活性，并且有研究表明，礦渣的活性受溫度影響的程度比水

14、泥大。這解釋了在高溫水化條件下，水泥一礦渣體系的放熱量并不明顯低于純水泥體系。從圖4中還可以看出，水泥一礦渣體系的第二放熱峰明顯高于水泥一粉煤灰一硅灰體系，且無論是在水化加速期還是水化減速期，水泥一礦渣體系的水化速率均相對(duì)較高。盡管有研究表明高溫條件能夠在一定程度上促進(jìn)粉煤灰的水化，但高溫條件對(duì)粉煤灰活性的促進(jìn)作用小于對(duì)礦渣的促進(jìn)作用。在50℃條件下，水泥一粉煤灰一硅灰體系的7d放熱量比純水泥體系降低了148％，比在25℃條件下降低的比

15、例(219％)有所減少，這可能是由于在高溫條件下硅灰和粉煤灰參與反應(yīng)的程度更高，對(duì)水化熱的貢獻(xiàn)更大?？傮w而言，在高溫水化條件下，水泥一粉煤灰一硅灰體系比水泥一礦渣體系的放熱量更低。23絕熱溫升曲線圖5是不同膠凝材料混凝土的絕熱溫升曲線，其中純水泥混凝土的早期溫升發(fā)展最快，水泥一礦渣體系混凝土的早期溫升發(fā)展速率次之，水泥一粉煤灰一硅灰體系混凝土的早期溫升發(fā)展最慢。值得注意的是，水泥一礦渣體系混凝土的絕熱溫升在大約4d后超過純水泥混凝土。水

16、泥一礦渣時(shí)I司／h圖5不同膠凝材料組成的混凝土的絕熱溫升曲線體系混凝土、純水泥混凝土、水泥一粉煤灰一硅灰混凝土的7d的溫升分別為5129、489、4041℃。由此可見，水泥一粉煤灰一硅灰體系混凝土的溫升明顯低于其他兩組混凝土。在混凝土絕熱溫升的測(cè)定過程中，其膠凝材料所處的水化溫度是不斷升高的。在溫升初期時(shí)，膠凝材料的水化溫度較低，此時(shí)混凝土溫升的規(guī)律與膠凝材料在常溫時(shí)水化放熱速率具有比較好的相關(guān)性。由圖2可知，水泥的初期放熱量最大，水泥

17、一礦渣體系次之，水泥一粉煤灰一硅灰體系最小，與圖5中混凝土的初期絕熱溫升相對(duì)應(yīng)。隨著混凝土內(nèi)部溫度的增大，膠凝材料的水化活性受到激發(fā)，此時(shí)混凝土溫升規(guī)律與膠凝材料在高溫時(shí)水化放熱特性具有比較好的相關(guān)性。由圖4可知，在高溫條件下礦渣的活性受到明顯激發(fā)，水泥一礦渣體系的放熱量明顯增大，因而水泥一礦渣膠凝材料混凝土的絕熱溫升很大，甚至超過了純水泥混凝土。圖2、4顯示，無論在常溫還是在高溫條件下，水泥一粉煤灰一硅灰體系的水化熱均明顯低于純水泥，

18、這與圖5中水泥一粉煤灰一硅灰體系混凝土與純水泥混凝土的絕熱溫升差距是相對(duì)應(yīng)的。3結(jié)論(1)在25℃或50℃條件下，復(fù)合膠凝材料在水化加速期的水化放熱速率均明顯低于純水泥，水泥一礦渣體系在水化減速期的后階段的水化放熱速率超過純水泥，水泥一粉煤灰一硅灰體系的水化放熱速率一直低于純水泥。提高水化溫度對(duì)促進(jìn)水泥一礦渣體系水化的作用最明顯。(2)混凝土的初期絕熱溫升與其膠凝材料在常溫條件下的水化放熱特性相關(guān)性強(qiáng)，隨著內(nèi)部溫度的增大，絕熱溫升與其膠

19、凝材料在高溫條件下的水化特性具有更好的相關(guān)性。水泥一礦渣體系混凝土的絕熱溫升不低于純水泥混凝土，但水泥一粉煤灰一硅灰體系混凝土的絕熱溫升明顯低于純水泥混凝土。參考文獻(xiàn)：1劉數(shù)華混凝土輔助膠凝材料[E京：中國建材工業(yè)出版社，2010[2]MEHTAPKAdvancesinconcretetechnology[J]ConcreteInterna—tional，1999(6)：69—76[3】AITCINPCCementsofyesterda