混凝土绝热温升公式的理论推导与试验研究

由固体热传导理论可知,混凝土绝热温升仅与水泥水化放热规律有关。根据笔者研究得出的水泥恒温水化放热规律及水泥水化放热行为的温度效应,可以预测任意温度条件下任一时刻水化放热总量。进而,从理论上推导出混凝土绝热温升表达式;然后,采用10 mm木胶板内衬100 mm聚苯乙烯泡沫板和3 mm胶合板模拟绝热状态,进行试验验证。最后,得出混凝土绝热温升表达式可以采用双曲函数和复合指数函数表达,而双曲函数在形式上要比复合指数函数简单,所以多数人倾向于采用双曲函数表达式。     

胶凝材料组成对高强混凝土早期温升的影响

分别在25、50℃条件下测定了水泥、水泥-矿渣、水泥-粉煤灰-硅灰三种不同胶凝材料的水化放热特性,并测定了分别用三种胶凝材料配制的相同强度等级的混凝土的绝热温升。试验结果表明:无论在常温还是高温条件下,水泥-粉煤灰-硅灰体系的水化放热速率始终低于纯水泥体系;水泥-矿渣体系的水化放热速率在水化减速期的后阶段超过纯水泥体系,使其与纯水泥体系的放热量差距缩小;提高水化温度对水泥-矿渣体系的水化促进作用非常明显。混凝土的初期绝热温升与其胶凝材料在常温条件下的水化放热特性相关性强,随着内部温度的增大,绝热温升与其胶凝材料在高温条件下的水化特性具有更好的相关性。     

水灰比以及水化程度对水泥水化计算模型的影响

为研究水化程度和水灰比对水泥水化放热模型的影响,对试验原材料性能进行了测试,同时分别进行了初始水化温度为25、35、45℃及水灰比为0.24、0.42、0.6等条件下的水泥水化绝热温升模型试验研究。通过试验测定水泥在不同温度、不同水灰比情况下的绝热温升,绘制水泥绝热温度变化曲线,依据已绘制出的水泥绝热温度变化曲线,确定相关参数,进而确定水泥的绝热温升计算模型,然后将几种不同计算模型算出的温度与实测温度进行比较,通过对比得出各个公式的准确性,并在对公式进行校核改进后考虑了水化程度对水化热模型的影响,最后利用综合考虑了龄期、温度、水化程度等因素的水化热公式预测得出了不同初始温度的水泥水化放热情况。试验结果表明:水泥水化绝热温升不但与水泥水化龄期、初始温度有关,还与水泥水化反应程度有很大的关系,考虑水化程度对水化放热影响的水泥绝热温升公式有更好的拟合精度。     

混凝土温升抑制抗裂技术在镇江西津湾地下停车场工程中的应用

侧墙混凝土结构温度控制是降低其温降收缩开裂风险的重要措施之一。试验研究了粉煤灰、矿粉和水泥水化热调控材料掺入对水泥水化放热进程和混凝土绝热温升历程的影响。试验结果表明:粉煤灰显著降低水泥水化加速期放热速率、放热速率峰值和放热总量,同等掺量下矿粉对这些参数影响则相对较小,抑制温升效果较差,水泥水化热调控材料显著降低水泥水化加速期放热速率、放热速率峰值,但不影响最终放热总量,绝热温升早期温度上升速率也明显延缓。将基于这些试验结果形成的混凝土配合比和配套施工措施应用于镇江西津湾地下停车场超长结构一次性浇筑过程中,取得了良好的抗裂效果。     

某大体积混凝土工程温升控制

大体积混凝土温度-应力场分析的一个重要前提就是水泥水化放热模型的确定。基于化学反应动力学、微观水化模型,提出了新的水泥绝热温升模型。在此水泥绝热温升模型基础上,结合有限元软件,对某大体积混凝土工程进行了温度-应力场分析,并由此确定其温升控制措施。工程施工后,表面温度裂缝较少,较好地保证了此工程的施工质量。     

高贝利特水泥混凝土耐久性的评价

高贝利特水泥是一种熟料矿物组成中ＣｅＳ大于５０％的硅酸盐体系的水泥,本文主要介绍用工业生产的５２５＾＃高贝利特水泥配制的混凝土的耐久性能,如抗冻、抗渗、抗碳化、抗侵蚀、抗钢筋锈蚀以及水化放热特征,并和同标号硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的上述性能指标进行了对比,结果表明：高贝利特水泥混凝土的耐久性普遍优于硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥混凝土。尤其是抗冻、抗侵蚀、水化热等性能与硅酸盐水泥混凝土相比更为优越。     

台山核电站反应堆筏基混凝土考虑施工过程的温度场模拟分析

为准确模拟台山核电站筏基混凝土温度场,在有限元模拟分析筏基混凝土水化温度场时,同时考虑了龄期、温度和施工过程的影响。基于混凝土等效龄期和水化度概念,利用绝热温升曲线,确定了混凝土等效龄期水化度曲线。利用ABAQUS有限元软件模拟筏基温度场,通过HETVAL子程序实现由等效龄期水化度曲线确定的混凝土水化生热率,以此考虑龄期和温度对混凝土水化放热过程的双重影响。根据筏基施工方法及形状特性,采用1/2模型,并结合ABAQUS软件中的模型改变交互功能实现模拟施工过程。结果表明:采用等效龄期水化度,可模拟温度和龄期对水泥水化放热过程的双重影响;采用1/2模型和ABAQUS软件中模型交互功能,可模拟筏基混凝土温度场对称分布并受施工过程影响的特性;考虑施工过程模拟温升起始时刻、模拟最高温度及其对应时刻均与实测值吻合较好。     

水胶比和粉煤灰对混凝土绝热温升的影响

研究了水胶比及粉煤灰等质量替代水泥对混凝土绝热温升历程的影响.利用等效龄期法和双曲线模型,分析了水胶比和粉煤灰对最终温升θu和发热系数肘的影响.结果表明:增大水胶比和掺入粉煤灰均可降低混凝土的绝热温升值,并推迟水化放热峰的到来时间;在相同的粉煤灰取代百分数下,随着水胶比的降低,粉煤灰降低混凝土绝热温升的能力减小.     

高活性贝利特水泥及混凝土性能研究北大核心

高活性贝利特硅酸盐水泥的主要熟料矿物与组成比例为硅酸二钙(约70%),硅酸三钙(约15%),铝酸三钙(低于4%)和铁铝酸四钙(约10%),该水泥的强度发展特征与水化放热特征可能非常适合现代高性能混凝土的要求。试验研究了工业化生产的高活性贝利特水泥胶凝材料体系的水化特征,并与普通硅酸盐水泥进行了对比。同时,采用工业化生产的高活性贝利特硅酸盐水泥配制了C30、C40、C50三个强度等级的高性能混凝土,评价了新拌混凝土的工作性与硬化混凝土的抗压强度。研究结果表明:高活性贝利特水泥具有显著的高强度、低水化热、胶凝材料体系水化产物随养护龄期延长发展稳定等特点。三个不同强度等级的高活性贝利特水泥混凝土的强度发展特征完全满足现代混凝土工程施工周期要求。     

高活性贝利特水泥及混凝土性能研究

高活性贝利特硅酸盐水泥的主要熟料矿物与组成比例为硅酸二钙(约70%),硅酸三钙(约15%),铝酸三钙(低于4%)和铁铝酸四钙(约10%),该水泥的强度发展特征与水化放热特征可能非常适合现代高性能混凝土的要求。试验研究了工业化生产的高活性贝利特水泥胶凝材料体系的水化特征,并与普通硅酸盐水泥进行了对比。同时,采用工业化生产的高活性贝利特硅酸盐水泥配制了C30、C40、C50三个强度等级的高性能混凝土,评价了新拌混凝土的工作性与硬化混凝土的抗压强度。研究结果表明:高活性贝利特水泥具有显著的高强度、低水化热、胶凝材料体系水化产物随养护龄期延长发展稳定等特点。三个不同强度等级的高活性贝利特水泥混凝土的强度发展特征完全满足现代混凝土工程施工周期要求。     

水化温升抑制剂对混凝土性能的影响

水泥水化温升产生的温度应力是混凝土出现裂缝的主要原因，研究了不同掺量水化温升抑制剂对C50混凝土拌合物性能、混凝土绝热温升、抗压强度和抗氯离子渗透性能的影响规律。结果表明：水化温升抑制剂对混凝土拌合物流动性有一定影响，凝结时间大幅度延长，绝热温升可降低8%～29%；水化温升抑制剂延缓了胶凝材料的水化进程，使得混凝土的7 d抗压强度大幅降低，但不影响水泥和矿物掺合料的最终水化程度，56 d抗压强度较不掺时的降幅不大于10%；掺加水化温升抑制剂降低了混凝土的28 d抗氯离子渗透性能，但随着龄期的延长，对56 d抗氯离子渗透性能的降低幅度显著减小。     

水化热抑制剂对水泥水化的调控作用

采用水化热、混凝土绝热温升、混凝土抗压强度、TG-DSC、XRD,分析了水化热抑制剂对水泥水化的调控作用,并采用水泥净浆温升对比了常用缓凝剂与水化热抑制剂的差别。结果表明:水泥净浆温升中,常用缓凝剂仅推迟了温峰时间3～12 h,未明显降低温升,水化热抑制剂推迟温峰时间6 h,降低温升20.5℃;掺入水化热抑制剂,水泥的水化放热速率峰值从0.00259 W/g降至0.00178 W/g,峰时延迟5.7 h;基准、水工混凝土的绝热温升曲线分别在0～1.5 d、0～5 d时间段明显降低,对应的抗压强度分别在0～2d,0～7 d有不同程度降低,但中后期强度增长均略高于空白试样;TG-DSC、XRD分析表明,水化热抑制剂延缓了水泥0～3 d的水化,对3 d后水化有一定促进作用。     

凝结时间调控对大体积混凝土温度历程的影响试验研究

大体积混凝土的温度裂缝控制是保障工程质量的重要环节。采用水泥水化热测定直接法与混凝土绝热温升法,试验研究了掺用葡萄糖酸钠和柠檬酸钠调控凝结时间对水泥和混凝土水化温度历程的影响。试验结果表明,缓凝剂主要延长了水泥的水化诱导期,而对随后的水泥和混凝土水化温度上升速率和温度峰值影响十分有限。因此,采用缓凝剂抑制大体积混凝土温度裂缝的效果很小,主要用于控制施工冷缝。     

持续低温环境下的水泥水化特性试验研究

通过试验研究,完成了多年冻土区桥梁钻孔灌注桩混凝土水化放热特性的定量化分析,确定了灌注桩混凝土在不同持续低温环境下水泥水化程度随龄期变化的增长规律,进而为青藏铁路多年冻土区灌注桩混凝土施工提供理论依据。水泥水化在持续低温的环境下进行时,水泥水化特性发生了很大程度的改变,持续低温水化环境下水泥放热在不同的龄期都较水泥水化温度不受限制时有很大减少,且水化环境的温度越低,放热的减少量也越多,当持续低温环境为(3±1)℃时,水泥水化3d放出热量为初始水化温度为5℃、水化温度不受限制时的放热量的36.6%,水泥水化7d放出热量为初始水化温度为5℃、水化温度不受限制时放热量的69%。本研究也通过分析试验数据得出了水泥水化特性受持续低温环境影响下的水化热计算式,使得持续低温环境下的水泥水化特性得到了初步的数学描述,为进一步研究多年冻土灌注桩混凝土强度发展规律提供了良好的铺垫。     

高贝利特水泥(HBC)的性能分析

通过对高贝利特水泥（HBC）,硅酸盐水泥（PC）,中热水泥（MHC）的性能对比试验,结合机理探讨,确认了HBC水泥具有节能,环保,混凝土流动性好,水化热低,后期强度高等许多优越性,适于在低热高性能大坝混凝土中开发应用。     

水化温升抑制技术在地下车站结构混凝土中的应用研究

为降低地下车站结构混凝土温度收缩开裂风险,试验研究了基准与掺加水化温升抑制剂C35P8混凝土的水化放热、强度、凝结时间等性能变化规律,结果表明,水化温升抑制剂明显降低早期水化放热,掺量增加,抑制效果越显著.当掺量0.2％时,1d绝热温升降低率57.1％,7d绝热温升接近基准,终凝时间推迟2.49h,3d强度降低17.7％,28d达到基准的100.4％,构件试验最高温升降低5.9℃,4d均降温速率减小24.9％,控温效果良好,为该产品在实体结构规模化应用提供参考.     

矿渣硫铝酸盐水泥混凝土热学与力学性能研究

通过等温量热、绝热温升和抗压强度试验对比分析了矿渣硫铝酸盐水泥(S-SAC)与普通硅酸盐水泥(OPC)的热学和力学性能差异。结果表明：7 d时S-SAC水泥水化热总量比OPC水泥的低33.5%,其28 d混凝土抗压强度比OPC混凝土的高36.4%;不同水胶比下,S-SAC混凝土比OPC混凝土后期强度增幅高50%;同一配比下S-SAC混凝土绝热温升是OPC混凝土的49%;双掺粉煤灰和粒化高炉矿渣粉可在保持S-SAC混凝土早期强度的同时,提高后期强度增长率;粉煤灰掺量越高,S-SAC混凝土放热速度越慢,绝热温升越低。与OPC混凝土相比,S-SAC混凝土具有低热高后期强度增长率的优点。     

养护方式对白色高强混凝土氯离子渗透的影响

通过快速氯离子扩散系数法研究了不同养护方式对白色混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:纯白水泥混凝土在三组养护方式中抗氯离子渗透性最差,使用矿物掺合料可大幅度降低白水泥混凝土的快速氯离子扩散系数(D_(RCM));标准养护下混凝土的D_(RCM)最低,匹配养护较高,蒸汽养护最高;白水泥早期水化剧烈,第二放热峰出现时间最早,峰值最高,但累积放热量次于普通水泥;纯白水泥混凝土绝热温升最终温度最高,水泥-矿粉体系混凝土次之,水泥-矿粉-石灰石粉最低;经孔结构分析可知,蒸汽养护虽可激发混凝土水化进程,降低孔隙率,但会促使孔结构往粗孔方向发展,平均孔径增大。     

混凝土绝热温升的影响因素

研究了混凝土的初始入模温度、流动度和掺加粉煤灰等因素对混凝土绝热温升值和温升速率的影响,同时还研究了所用胶凝材料的水化动力学。研究结果表明,提高混凝土初始入模温度将加速胶凝材料的水化,并缩短水化反应持续时间。这对低强度等级混凝土所用胶凝材料的水化程度影响不大,因而对其绝热温升值影响不显著;但却会明显降低高强度等级混凝土所用胶凝材料的水化程度,使其绝热温升值下降。掺加粉煤灰或改变混凝土的工作性也会影响混凝土的绝热温升值和温升速率。     

高掺粉煤灰混凝土水泥水化动力学研究

本文通过对体积混凝土工程温度测量结果的热力分析,确定了高掺粉煤灰混凝土中水泥的水化动力学参数,研究了水泥水化放热过程,并讨论了高掺粉煤灰对水泥水化反应过程的影响以及在大体积混凝土中的作用。