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較高環境溫度對水泥水化放熱過程的影響研究

文檔作者：牛麗坤文檔來源：中鐵一局集團有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年09月25日
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2017年3月上
第46卷第5期
施工技術
CONSTRUCTION TECHNOLOGY 91
DOI：10．7672／s舀s2017050091
較高環境溫度對水泥水化放熱過程的影響研究
牛麗坤
(中鐵一局集團有限公司，陜西西安710054)
[摘要]由水泥水化熱引起的溫度應力產生的裂縫是影響結構物耐久性的重要原因，研究了環境溫度改變條件下，
不同配合比的水泥砂漿水化放熱曲線，以確定環境溫度對水化放熱的影響，并探討了較高環境溫度下降低水化熱
的實現途徑。
[關鍵詞]混凝土；大體積混凝土；水化熱；環境溫度；水泥
[中圖分類號]TU528 [文獻標識碼]A [文章編號]1002—8498(2017)05-0091—03
Effect of High Ambient Temperature on the Cement Hydration
Heat Performance
Niu Likun
(China Railway First Group Co．，Ltd．，Xi’an，Shaanxi 710054，China)
Abstract：The crack generated by the temperature stress caused by cement hydration heat is an important
reason of influencing the durability of structures，this paper studies the environmental temperature
conditions，different ratios of cement mortar hydration heat release curve，to determine the influence of
ambient temperature of the hydration heat release，and introduces the way to reduce the hydration heat in
higher ambient temperature．
Key words：concrete；mass concrete；hydration heat；ambient temperature；cement
隨著我國交通和建筑業的快速發展，混凝土結
構的大型化及施工速度的加快，使水泥水化熱引起
的溫度變化和溫度應力成為結構物產生裂縫的重
要原因，對結構物耐久性和穩定性產生重要影響。
水泥水化是一個放熱反應，影響水泥水化的因
素有很多，目前國內外許多學者對水泥水化熱進行
了大量研究+1。1。本文主要研究了環境溫度改變
時，不同配合比水泥砂漿水化熱溫升與時間的關
系，以確定溫峰值的高低和溫峰出現時間的長短，
以此研究在不同環境溫度下水泥水化熱性能，為解
決實際工程問題中因水化熱產生溫度應力導致貫
穿性裂縫提供理論依據，保證混凝土結構的耐久性。
1試驗材料、儀器及試驗方法
1．1試驗材料
1)水泥華新P·042．5。
2)砂符合GB／T17671—1999《水泥膠砂強度
檢驗方法》標準要求的ISO標準砂。
[作者簡介】牛麗坤，碩士，高級工程師，E-mail：nlkun一2003@
163．tom
[收稿日期]2016-08-04；[修訂日期]2016—11-12
3)高效減水劑HT—HPC聚羧酸高效減水劑，
減水率23．9％，總堿含量(Na：O+0．658
K20)1．46％。
4)粉煤灰F類I級粉煤灰，細度0．045mm，篩
余9．6％，需水量比94．5％，SO，1．06％，C1一含量
0．016％，堿含量0．47％。
5)緩凝劑葡萄糖酸鈉(工業品)。
6)拌合水自來水。
1．2試驗儀器
熱量計，保溫箱，0～50℃溫度計，6402型電子
繼電器；L80水泥膠砂攪拌儀；水化熱測定儀為
SHR．800水泥直接測溫儀。
1．3試驗方法
依據GB／T2022--1980《水泥水化熱試驗方法
(直接法)》標準，使用SHR一800水泥水化熱測定儀，
通過所測溫度計算不同水泥膠砂的水化溫峰r?
(℃)、溫峰出現時間t?(h)并且對比環境溫度、配
合比水化溫度與時間關系。試驗所用水膠比為
0．3，灰砂比為l：3。
主要試驗步驟：先測定及計算熱量計的熱密度
萬方數據
92 施工技術第46卷
C值和散熱常數K值，再測定水化溫升，最后繪圖計
算出水化熱。
試驗前，先將稱量好的原材料放人恒溫室恒溫
24h，并將保溫箱恒溫24h以上。然后將準備好的配
合比砂漿原料先干拌1rain，再濕拌3rain后，將砂漿
裝進鋁筒中，用塑料膜密封完畢放入保溫瓶，蓋上
木塞并插上溫度計。用石蠟密封后放入恒溫箱中，
讀初始溫度。連續讀數72h后拆模。
2試驗結果及分析
2．1不同環境溫度對相同配合比水泥膠砂水化特
性的影響
試驗環境溫度分別為20，33℃。試驗分別測取
了2種環境溫度下3組試驗樣本的水化溫升與時間
關系。
第1組試驗樣本所用配合比為：水泥2009，標準
砂6009，水609。試驗結果如圖1所示，在環境溫度為
20℃時，水化放熱曲線在初始的4h存在明顯的誘導
期，對應圖中AB段，此段水化反應極其緩慢。BC段
為加速期，此階段反應重新加快，反應速率隨時間而
增長，在c點，t?=10h時出現最大溫峰值T?=
33．6。C。CD段為減速期，反應隨時間而下降。D點
以后為穩定期，對應于D點后近似為與橫坐標軸相平
行的直線段，此階段反應過程趨于穩定。
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Cf，0h．33
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圖1 空白水泥砂漿的水化溫度
與時間關系
Fig．1 The hydration temperature-time
curves of cement mortar
對比環境溫度33℃的曲線，由于環境溫度升
高，加速了水化進程，不存在明顯的誘導期，且A’c’
段的斜率明顯比BC段斜率大，在t?=9h時出現最
大溫峰值T。。。=47．2℃。可見，隨著環境溫度的升
高，水化速率加快，使得水化熱最大溫峰值提前1h
出現，最大溫峰值相差13．6℃，差距幾乎與環境溫
差相同。
第2組試驗樣本所用配合比為：水泥1429，標
準砂6009，粉煤灰589，水609。試驗結果如圖2所
示，摻加粉煤灰的水泥砂漿水化放熱曲線與空白水
泥砂漿的水化放熱曲線表現出幾乎相同的規律，但
由于粉煤灰的加入明顯降低了各反應階段水化放
熱速率，延長了誘導期，加速期、減速期及最大溫峰
的出現發生了明顯推遲，使得最大溫峰出現的時間
相差4h，最大溫峰值相差13．5℃，差距也幾乎與環
境溫差相同。
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時n『J 1]
圖2摻加粉煤灰的水泥砂漿的
水化溫度與時間關系
Fig．2 The hydration temperature-time curves of
cement mortar by adding fly ash
第3組試驗樣本所用配合比為：水泥1429，工
地砂6009，粉煤灰589，水609，聚羧酸高效減水劑
29。摻加聚羧酸高效減水劑的水泥粉煤灰砂漿的水
化放熱曲線如圖3所示，相對于圖2，可以看到，高
效減水劑的加入使得誘導期進一步延長，最大溫峰
出現的時間相差7．5h，最大溫峰值相差16．1℃，高
出環境溫差
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時問h
圖3 摻加聚羧酸減水劑和粉煤灰的水泥砂漿
的水化溫度與時間的關系
Fig．3 The hydration temperature-time curves of
cement mortar by adding poly carboxylic acid
water reducing agent and fly ash
由以上3組試驗樣本得到的水化放熱曲線可以
看出，對于空白水泥砂漿而言，環境溫度的升高對
水泥水化放熱速度的影響不是很大，但是在摻加粉
煤灰和聚羧酸高效減水劑后，環境溫度的升高對水
化放熱過程中最大溫峰出現的時間影響較大。所
以對需要考慮水化熱影響的結構物而言，降低環境
溫度或混凝土的入模溫度對水化放熱速率而言都
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鋁％甜鉈∞粥弘H弛如勰拍抖勉如
萬方數據
2017 No．5 牛麗坤：較高環境溫度對水泥水化放熱過程的影響研究93
會起到好的降低作用。
2．2高溫環境下配合比對水泥膠砂水化特性的
影響
本組試驗環境溫度為33cC，入模溫度同為
(25±1)℃，5種配合比的砂漿如表1所示，所得試
驗結果如圖4所示。
表1試驗用水泥砂漿配合比
Table 1 The mixture ratio of cement mortar for testing
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p 40 L
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40 50 60 70 80
時間m
圖4加緩凝劑的膠砂水化溫度與時間關系
Fig．4 The hydration temperature-time curves
of glue sand by retarder
表2不同配合比對水泥特性的影響
Table 2 Efiect of different mixture ratiOS on
cement performance
注：t?表不出現最高溫度時l司，7’?表不曲線的最兩溫度，Q(1 d)
表示第1天放熱量，Q(3d)表示第3天放熱量
由圖4及表2可知，在較高的環境溫度下，摻加
一定量的粉煤灰能降低水化熱的最大溫峰，添加聚
羧酸高效減水劑及摻加少量的緩凝劑會使出現最
大溫峰值的時間推遲，但是在緩凝劑達到一定摻量
時，水泥水化的速率降低，即單位時間內放出的熱
量減少，因此溫峰會降低并延遲出現。
3 結語
在環境溫度較低條件下，摻加聚羧酸減水劑
與粉煤灰的水泥砂漿，與空白水泥砂漿相比，其溫
峰出現時間推遲13～14h，但若環境溫度升高，由
于散熱受阻，其溫峰出現時間有所提前，粉煤灰與
聚羧酸高效減水劑降低溫峰及水化熱、延遲溫峰
出現時間的作用減弱。所以降低環境溫度或者降
低混凝土拌合物的溫度對水泥的水化過程有很大
影響。
在高溫環境下，將適當緩凝劑與聚羧酸高效減
水劑復合使用時，可進一步延遲溫峰出現時間，降
低水化熱。
參考文獻：
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(上接第79頁)
5 結語
曲線連續箱梁橋因其支座間距偏小、腹板厚度
偏小等原因，在預應力張拉后，橋梁內側支座出現
脫空，箱梁腹板和固結墩內側出現開裂現象。通過
增大支座的間距和增加箱梁內、外側腹板的厚度，
有效改善了該曲線箱梁橋的承載力和抗傾覆能力。
通過橋梁荷載試驗，驗證了該橋梁加固措施效果
良好。
參考文獻：
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