淺析混凝土水化熱防治措施

鮑安娜

摘 要：水泥混凝土（Cement Concrete）是以水泥等材料與水反應生成的的膠結材料為粘結介質，將分散其間的不同粒徑的粗、細集料聯結起來，在一定條件下，硬化成為具有一定力學性能的一種人工石材。它是現在世界范圍內應用最廣、用量最大的人造建筑材料。論述水泥水化熱的產生機理和及對混凝土的危害，提出相應的防治措施。

關鍵詞：水泥；混凝土；水化熱；防治措施

混凝土水化熱源于水泥等膠凝材料水化產生的熱量，由于這些熱量未能及時散失而累積使混凝土內部溫度升高，混凝土內外溫差過大產生溫度應力，從而使混凝土結構產生破壞。混凝土的水化熱危害的防治應該從減小水化熱產生量和及時散熱等方面著手。

一、混凝土水化熱產生機理與危害

水泥水化釋放的熱量是混凝土水化熱的來源。水泥熟料主要由硅酸三鈣（3CaO·SiO）、硅酸二鈣（2CaO·SiO）、鋁酸三鈣（3CaO·AlO）和鐵鋁酸四鈣（4CaO·AlO·FeO）等礦物組成。水泥加適量的水拌和后，立即發生化學反應，水泥的各個組分開始溶解并產生了復雜的物理、化學與物理化學、力學的變化，這種變化可以持續很長的時間，隨著反應的進行，形成的粘結砂石材料的可塑性漿體，逐漸失去流動能力，并凝結硬化成為一定強度的石狀體。

水泥熟料的四種主要礦物水化均是放熱反應，研究水泥熟料礦物水化的熵變值、系統的自由能變化以及水化過程中鍵能變化可以判斷水泥熟料活性的大小和釋放熱量的大小，研究表明：鋁酸三鈣反應速度最快，釋放熱量最大；硅酸三鈣反應速度較快，釋放熱量較大：鐵鋁酸四鈣反應速度和釋放熱量居中，硅酸二鈣反應速度最慢，釋放熱量最小。

水泥凝結硬化過程可以分為誘導期、凝結期和硬化期三個階段，水泥水化放熱研究表明，水泥水化過程中在水化初期（鈣釩石形成）、凝結終期（水化硅酸鈣形成）、硬化初期（單硫型水化硅酸鈣形成）形成放熱高峰。 在混凝土硬化過程中，混凝土構筑物可能要承受各種溫度和濕度及其它原因引起變形而產生應力裂縫，因為混凝土在內、外約束應力作用的情況下，混凝土構件的自約束應力是由于非線性的不均勻變形引起，它產生了局部裂縫，而混凝土構件（結構）在外部的約束應力由于結構與結構的相互約束，這種約束變形可能使混凝土構件（結構）產生貫穿性斷裂和局部裂縫。

因為混凝土拌合物內的水泥在水化時，要產生大量的水化熱，當混凝土內外溫差超過一定的限度，混凝土的拉應力小于混凝土的熱漲應力時，便會產生溫度應力裂縫。這種裂縫主要出現在大體積混凝土或在冬期施工的混凝土。裂縫往往發生在混凝土結構物的變截面和混凝。

二、防治措施混凝土水化熱的措施

1. 降低混凝土水化熱 。

如前所述，混凝土水化熱來源于水泥水化釋放的熱量，因此防治混凝土水化熱的措施中，首先可以設法減少混凝土中的水泥熟料的數量，從而降低混凝土水化熱。主要有兩個具體措施：

（1）選用低水化熱的普通硅酸鹽水泥。鋁酸三鈣和硅酸三鈣是水泥熟料中反應速度較快，釋放熱量較多的兩種礦物，為降低混凝土水化熱，在大體積混凝土中可考慮選用鋁酸三鈣和硅硅酸三鈣含量較低的水泥。

（2）優化混凝土配合比，推廣高性能混凝土技術，在大體積混凝土中采用粉煤灰等礦物摻和料替代部分水泥，減少混凝土中水泥用量。高性能混凝土 （ High performance concrete ） 是混凝土技術的發展方向， 摻用礦物摻和料高性能混凝土的主要技術特征。粉煤灰等礦物摻和料是在后期與水泥水化時析出的Ca（OH）2產生二次反應（火山灰反應），生成具有膠凝性能的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，反應速度較慢，在混凝土凝結硬化初期基本不參與水泥水化反應，因此采用礦物摻和料替代部分水泥可以降低混凝土凝結硬化初期的水化熱。

有的混凝土結構由于體積過大，盡管設法降低了混凝土水化熱的產生量，但是混凝土內部熱量不能及時散失，累積使得混凝土內部溫度很高，產生了較大的溫度應力，導致混凝土結構產生溫度應力裂縫。這種情況可以根據混凝土結構特點，設置適當的散熱裝置，及時消散混凝土的水化熱，如設置散熱孔、通水排熱等。

3. 避免混凝土原材料溫度過高，將部分熱量帶入混凝土內部。

如果混凝土原材料溫度過高，會部分熱量帶入混凝土內部，將使混凝土內部溫度過高，增加混凝土的溫度梯度，因此要預防混凝土水化熱的危害應注意避免混凝土原材料溫度過高主要用兩種措施： 1）采用溫度較低的水來拌制混凝土。2）在混凝土粗、細集料堆積處搭設遮陽棚。

4. 加強混凝土養護，保證混凝土內外溫差在規范規定范圍之內。

國家標準《混凝土結構工程施工及驗收規范》明確規定，“對大體積混凝土的養護，應根據氣候條件采取控溫措施，并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內部溫度，將溫差控制在設計要求的范圍內；當設計無具體要求時，溫差不宜超過25℃”。

大體積混凝土施工時應該加強混凝土的內外溫差的監測，當發現混凝土內外溫差超過規范要求時，應采取措施提高混凝土外部溫度，避免內外溫差過大產生溫度應力給混凝土結構帶來危害。

混凝土的水化熱是混凝土凝結硬化過程中水泥水化產生的熱量，若這些熱量未能及時散失使混凝土內外溫差過大而產生溫度應力，將導致混凝土溫度應力裂縫，破壞混凝土結構。采用“選用低水化熱的普通硅酸鹽水泥，礦物摻和料替代部分水泥等降低混凝土水化熱；設置散熱裝置，及時散失混凝土內部的熱量；加強原材料管理，避免混凝土原材料溫度過高：保證混凝土內外溫差在規范規定范圍之內”等措施可以有效防治混凝土水化熱的危害。endprint