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混凝土水化热

2020-08-02 16:04 作者:1980彩平台 点击:

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  水化热指物质与水化合时所放出的热。混凝土凝结时会放出热量,这个热量是多种物质和水反应产生的,故称为混凝土水化热。

  水泥与水发生水化反应要产生热效应,即水化反应放热,称之为水泥的水化热,相对混凝土工程而言,也可称为混凝土的水化热。水化放热量与放热速度主要取决于水泥熟料的矿物成分、水泥细度、水泥中掺合料多少及外加剂的性能。铝酸三钙水化速度最快,放热速度快、放热量也大,其次是硅酸三钙,硅酸二钙放热量低,速度也慢。水泥越细,水化速度越快,放热量越大。对于相同重量的水泥,如果水泥熟料中铝酸三钙、硅酸三钙相对含量越高,则水泥水化放热量越大,一般硅酸盐水泥,铝酸三钙含量为7%~15%,硅酸三钙含量为36%~37%。水泥中掺合料多,相对降低了铝酸三钙与硅酸三钙的含量,这就是为什么硅酸盐水泥放热量大,次之是普通硅酸水泥,矿渣硅酸盐水泥与粉煤灰硅酸盐水泥放热量较小的原因。外加剂性能影响主要是指如果外加剂能较大地提高混凝土28d强度,可以减少水泥用量(如提高20%,可减少水泥用量15%),以及外加剂有缓凝作用,减少或推迟水泥水化热的温度峰值。

  对于硅酸盐水泥,水泥水化的放热,主要集中在浇筑后的1~3d早期,放热量约为总放热量50%,7d为75%,以后逐渐减少。水泥水化的放热,可以进一步加快水泥水化反应,加快混凝土硬化速度,这对气温较低特别是冬季的非大体积混凝土施工,如果能利用浇筑后的模板保温(如用木模板,竹胶模板)及覆盖保温(塑料薄膜或塑料布),利用水化热,提高其早期强度是有利的。但对大体积混凝土(在工业与民用建筑中通常认为构件的短边尺寸大于800mm,主要是高层建筑的基础底板或大型设备基础),由于单位面积上混凝土厚度加大,产生的水化热很大,往往造成很大温度应力,导致混凝土开裂。

  由于混凝土水化热主要集中在浇筑后的早期,对硅酸盐水泥主要集中在浇筑后的1~3d,对矿渣硅酸盐水泥或粉煤灰硅酸盐水泥主要集中在浇筑后的1~5d。在此期间由于水化热的累积,使混凝土的温度急剧上升形成所谓的升温阶段,出现了温度峰值(一般出现于浇筑后24~48h)。对于大体积混凝土,随着浇筑厚度不同、采用水泥品种不同及浇筑时环境气温的不同,其温度峰值也会有所不同,混凝土厚度越大,所用水泥放热量越大,浇筑时气温越高,原材料带入热量越多,温度峰值就越高,其核心区的温度峰值可达60~70℃以上。当混凝土水化热达到温度峰值后,保持短时间的平稳段,随着混凝土的散热,温度开始下降,称之为“降温阶段”(随着混凝土厚度、温度峰值大小不同,环境温度不同,一般要经历10~30d时间)。混凝土在升温阶段很快形成并提高强度,随之形成并提高弹性模量,则混凝土的体积热膨胀效应开始出现;混凝土在达到温度峰值时,应当说具有较大的强度与弹性模量,随着温度的降低,体积也要相应缩小,同时还要考虑混凝土自身可能产生的收缩变形。

  混凝土中水泥的水化反应是放热反应,在混凝土中掺入粉煤灰可以降低水化热,这是由于减少了水泥的用量。粉煤灰的火山灰反应速度较慢,当粉煤灰取代部分水泥时可使混凝土的热量释放率降低,即使混凝土温度释放时间延长、温度升高的峰值降低。这也是粉煤灰在混凝土中大量应用的另一个主要优点。

  由于近年来为数不少的大型、超大型混凝土结构的建造,构件断面尺寸相应增大;混凝土设计等级不断提高,相应水泥强度等级提高,单位体积水泥用量增加;又因为实施水泥新标准后,水泥中的早强型矿物成分C、S含量提高,粉磨细度加大等多种因素的叠加,导致混凝土早期硬化过程中温度升高明显加剧。在降温期间,混凝土很容易产生温度收缩应力,这是致使许多混凝土结构物在模板刚拆除时就发现大量裂缝的原因。这种硬化混凝土早期出现的裂缝往往深而长。

  一般来说,掺入粉煤灰后,混凝土温度升高趋势将明显降低,且粉煤灰掺量越多,降低趋势越明显。大掺量粉煤灰混凝土特别适合大体积混凝土。有关研究资料表明,掺入30%的粉煤灰后,可以使混凝土温升降低近10℃,使温度收缩变形和开裂风险减小。与纯水泥混凝土相比,粉煤灰混凝土受温度影响更为显著。当混凝土浇筑时环境温度和混凝土体温度较高时,对于纯水泥混凝土来说,温升带来不利影响;而对于掺入粉煤灰的混凝土而言,不仅温升幅度下降,混凝土因温升开裂的危险减小,同时由于水化反应加速,早期强度发展速率加快。还需注意的是不同类型的粉煤灰对混凝土温升的影响差异较大,应根据实际工程需要有所选择。显然,粉煤灰中的CaO含量越高,越不利于降低温升,所以高钙灰不适用于大体积混凝土或者对于控温要求比较严格的混凝土。

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