掺粉煤灰机制砂混凝土温升特性

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摘 要：分析了水泥水化导致混凝土内外温差引起温度应力的机理及危害，工程现场对比实测了掺粉煤灰和不掺粉煤灰两种机制砂混凝土的温升特性，结果表明，掺粉煤灰机制砂混凝土温度高峰比普通混凝土推迟12小时，且温差明显缩小。

关键词：混凝土；粉煤灰；机制砂；温度应力

温升特性是混凝土早期性能的一个重要指标，混凝土的温升导致混凝土内部和外部温差，从而产生温度应力，若温升越高，混凝土内外温差越大，温度应力也越大。温升特性在大体积混凝土中一直是一个备受关注的指标。

由于工程建设的范围和规模不断扩大，混凝土结构物所处的环境和受力条件更加苛刻，人们越来越认识到混凝土耐久性能的重要性，高性能混凝土（简称HPC）由于具有特性高的弹性模量、高密实度、低渗透性、高耐化学腐蚀性、高耐久性、低温升、便于施工等特点，用它来替代传统的混凝土建造在严酷环境中的特殊结构，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，已经成为现代混凝土技术的发展方向[1]。

高性能混凝土采用双掺技术手段保证混凝土的性能，单方混凝土水泥用量降低，因此从理论上说，高性能混凝土早期放出的热量较少，引起的温度应力危害弱于普通混凝土。本项目对比实测了掺用粉煤灰的机制砂高性能混凝土与普通混凝土的温升。

1 混凝土温升机理及危害分析

水泥熟料主要由硅酸三钙（3CaO?SiO2）、硅酸二钙（2CaO?SiO2）、铝酸三钙（3CaO?Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO?Al2O3?Fe2O3）等矿物组成。混凝土拌和后，立即发生化学反应，水泥的各个组分开始溶解并产生了复杂的物理、化学与物理化学、力学的变化，这种变化可以持续很长的时间，随着反应的进行，形成的粘结砂石材料的可塑性浆体，逐渐失去流动能力，并凝结硬化成为一定强度的石状体[2]。

水泥熟料的四种主要矿物水化均是放热反应，研究表明：铝酸三钙反应速度最快，释放热量最大；硅酸三钙反应速度较快，释放热量较大；铁铝酸四钙反应速度和释放热量居中，硅酸二钙反应速度最慢，释放热量最小。

水泥凝结硬化过程可以分为诱导期、凝结期和硬化期三个阶段，水泥水化放热研究表明，水泥水化过程中在水化初期（钙钒石形成）、凝结终期（水化硅酸钙形成）、硬化初期（单硫型水化硅酸钙形成）形成放热高峰。

在混凝土硬化过程中，混凝土构筑物要承受各种温度和湿度及其它原因引起变形而产生应力裂缝，混凝土在内、外约束应力作用的情况下，混凝土构件的自约束应力是由于非线性的不均匀变形引起，水化热产生并聚积后，当混凝土内外温差超过一定的限度，混凝土的拉应力小于混凝土的热胀应力时，便会产生温度裂缝。这种裂缝主要出现在大体积混凝土或在冬期施工的混凝土。裂缝往往发生在混凝土结构物的变截面和混凝土断面较小的部位。温度裂缝的形成影响了混凝土结构的整性能，使混凝土结构的强度和耐久性降低。

2 掺粉煤灰机制砂混凝土温度升测试

研究在空心板桥梁上进行测试，比较了C50强度等级的机制砂普通混凝土和掺粉煤灰的机制砂高性能混凝土。测试选用长沙金马高科技实业有限公司生产的弦式数码传感器和LFZX-300振弦检测仪测量混凝土温度。测量工作从混凝土浇筑开始，持续3d，每隔1h测试一次数据。

温升测试结果如图1、2所示。

图1 普通混凝土三天温升 图2 掺25％粉煤灰高性能混凝土三天温升

可见，对于普通水泥混凝土，第一次温升高峰在浇筑24小时后，最高温度在30℃左右，其温度值与气温相差15℃左右。掺25％粉煤灰高性能混凝土的第一次温度高峰则推迟到浇筑后36小时左右，最高温度在18℃左右，与气温相差6℃左右。总体看来，掺粉煤灰高性能混凝土的内部温度值以及与气温的差值均比普通水泥混凝土的低。

分析其产生这种结果的机理主要为：掺入25％粉煤灰的高性能混凝土，其水泥用量相当于相同胶凝材料用量的普通混凝土的75％，水泥水化初期，粉煤灰不参加水化反应，理论上说其放出的热量从要比相同胶凝材料用量的普通混凝土低25％左右，因此，掺粉煤灰的高性能混凝土温升低于普通混凝土。

3 结 语

温升特性是混凝土早期性能的一个重要指标，其危害是导致混凝土产生温度裂缝，这种危害主要出现在大体积混凝土或在冬期施工的混凝土。经过对掺25％粉煤灰的机制砂高性能混凝土与机制砂普通混凝土凝结硬化过程的温度曲线测试结果表明，掺粉煤灰机制砂混凝土温度高峰比普通混凝土推迟12小时，且温差明显缩小。因此掺用粉煤灰高性能混凝土技术应用于大体积混凝土可有效降低温升，降低混凝土温升产生温度应力导致结构破坏的可能。

参考文献

[1] 吴中伟.廉慧珍著.高性能混凝土.北京.中国铁道出版社.1999.

[2] 申爱琴，水泥与水泥混凝土，人民交通出版社[M]，北京，人民交通出版社，2000.

作者简介：

罗树强，（1970～2）男，助理工程师，中专，主要从事采矿事业。