礦物摻合料對水泥水化過程的影響

摘 要：水泥水化反應屬于放熱反應，水化反應釋放出大量水化熱，在混凝土構造物中的表現就是產生溫度應力，造成溫度裂縫，對結構產生不利影響，應當采取措施減少溫度裂縫。混凝土放熱是由水泥等膠凝材料水化反應引起的，與骨料等無關，因此，本文以水泥為基準材料，通過水泥漿絕熱溫升試驗，研究單摻粉煤灰、單摻礦粉、雙摻粉煤灰礦粉條件下水泥漿的水化放熱規律，為具體混凝土工程中水化熱控制及高性能混凝土的研究提供參考。

關鍵詞：水泥；礦物摻合料；粉煤灰；礦粉；水化反應；水化熱

隨著混凝土結構應用越來越廣泛，人們對混凝土性能要求逐漸提高，混凝土性能研究及二次開發也隨之增強，摻有礦物摻合料的高性能混凝土隨之產生并被大量使用。礦物摻合料混凝土具有：拌合料和易性提高；降低水化放熱，減小溫度應力及裂縫的產生；提高混凝土耐久性等優點。文章以水泥為基準材料，研究含有礦物摻合料的水泥漿水化放熱規律，試驗研究結論有助于研究礦物摻合料在水泥水化過程中的作用機理，并為高性能混凝土配合比的設計提供參考。

1 試驗原料

水泥為甘草牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細度為2.7%，比表面積341m2/kg；粉煤灰為西固熱電Ⅱ級粉煤灰，細度為8.35%，燒失量2.43%；礦粉為蘭州東盛微粉S75，7d活性指數79%；水為普通飲用水；根據前期反復試驗選定此次試驗水灰比為0.42，測溫元件為JDC-2建筑電子測溫儀。水化熱測量采用《水泥水化熱測定方法》（GB-T12959-2008）中的直接法。各組水泥漿試驗參數見表1。

表1 各組水泥漿試驗參數

編號 水灰比 入模溫度

/℃ 外界溫度

/℃ 水泥質量

/Kg 粉煤灰質量

/Kg 礦粉質量

/Kg

SL-1 0.42 25 18 1 0 0

SL-2 0.42 25 18 0.9 0.1 0

SL-3 0.42 25 18 0.8 0.2 0

SL-4 0.42 25 18 0.6 0.4 0

SL-5 0.42 25 18 0.4 0.6 0

SL-6 0.42 25 18 0.9 0 0.1

SL-7 0.42 25 18 0.8 0 0.2

SL-8 0.42 25 18 0.6 0 0.4

SL-9 0.42 25 18 0.4 0 0.6

SL-10 0.42 25 18 0.4 0.2 0.4

SL-11 0.42 25 18 0.4 0.3 0.3

SL-12 0.42 25 18 0.4 0.4 0.2

2 試驗結果與分析

表2 各組水泥漿試驗結果

編號 SL-1 SL-2 SL-3 SL-4 SL-5 SL-6

拌合168h后水化熱/KJ 327.55 263.35 256.14 235.51 181.79 320.67

編號 SL-7 SL-8 SL-9 SL-10 SL-11 SL-12

拌合168h后水化熱/KJ 309.86 289.88 264.99 248.69 226.39 202.79

2.1 單摻粉煤灰水泥漿

由圖1可得，隨著粉煤灰的摻量增大，水泥漿的水化熱曲線越來越平緩，168h后水化熱越來越小。在水泥漿拌合后的168 h（7d），SL-1水化熱327.55KJ，摻 10%，20%，40%，60%粉煤灰的水泥漿水化熱分別比SL-1組水化熱降低 64.20KJ（19.6%），71.41KJ（21.8%），92.04KJ（28.1%），145.76KJ（44.5%）。水泥漿水化熱降低比例與粉煤灰摻量成非線性正比關系，摻入量在一定值（約為20%）以后水化熱降低的比例低于粉煤灰摻入比例。產生這些現象的原因是，粉煤灰與水反應十分緩慢，粉煤灰需在水泥水化產生的氫氧化鈣催化作用下水化速率才能大大增加，且由于粉煤灰的阻擋作用，反應初期粉煤灰及水泥水化較為遲緩，因此，隨著粉煤灰用量增加，水泥漿水化熱曲線越來越平緩。粉煤灰代替水泥，減少了水泥用量，相當于增大了水泥的水灰比，促進水泥水化，但由于水泥用量減少，最終水化熱降低。因此，在粉煤灰摻量較少時，水化熱降低較明顯；粉煤灰摻量增加，水泥的等效水灰比增大，消弱了粉煤灰的阻礙作用，同時，粉煤灰水化過程也會釋放少量的熱量，使得水化熱降低比例減小。

圖1 單摻粉煤灰水泥漿水化熱變化曲線

根據上述試驗結果和分析說明，粉煤灰的活性較低，摻入粉煤灰可以有效降低水泥水化熱，且使水化放熱過程趨于平緩。

2.2 單摻礦粉水泥漿

圖2 單摻礦粉水泥漿水化熱變化曲線

在水泥漿拌合后的168 h（7d），摻 10%，20%，40%，60%礦粉的水泥漿水化熱分別比SL-1（327.55KJ）降低 6.88KJ（2.1%），17.69KJ（5.4%），37.67KJ（11.5%），62.56KJ（19.1%）。水化熱降低比例遠遠小于礦粉在水泥漿中的比例，單摻礦粉與單摻粉煤灰水化放熱規律明顯不同。

由圖2可得，摻入礦粉使水泥漿的水化過程發生變化，與水泥凈漿相比，摻入礦粉后水泥漿早期（24h內）放熱速率變大。

產生這些現象的原因是，礦粉活性較高，礦粉可與水泥水化產物Ca（OH）2發生化學反應，Ca（OH）2含量的減少促進水泥水化反應，因此，摻入礦粉的水泥漿水化更徹底。但摻入礦粉減少了水泥礦物的相對含量，降低了水泥漿水化熱。

2.3 雙摻粉煤灰和礦粉水泥漿

試驗中固定了水泥用量，粉煤灰和礦粉的總摻量為60%，變化粉煤灰與礦粉的比例。由圖3可得，雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿的水化熱曲線兼顧了單摻粉煤灰和單摻礦粉水泥漿的特點，水泥漿水化放熱過程趨于平緩，且隨著粉煤灰用量的增加水泥漿水化熱減小。168h后SL-10組水化熱比SL-3組減少了7.45KJ（2.9%），SL-8組水化熱比SL-1減少了37.67KJ（11.5%），SL-3組水化熱比SL-1減少了71.41KJ（21.8%），由實驗數據對比可知，雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿中粉煤灰與礦粉發生相互交叉反應，與單摻粉煤灰、礦粉相比，雖然雖然水化放熱增大。但雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿水化放熱持續時間變長，放熱平緩。

圖3 雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿水化熱變化曲線

上述試驗結果說明，雙摻粉煤灰、礦粉可以有效降低水泥漿水化熱，使水泥漿水化過程延長，避免了集中放熱。隨著粉煤灰比例的增大，水泥漿水化熱減小，水泥漿水化熱達到相對穩定所需時間更長。

3 結語

（1）粉煤灰的活性較差，可有效降低水泥漿水化熱，粉煤灰摻量越大，水泥漿水化熱越小，水化熱達到相對穩定狀態的時間越長。（2）礦粉的活性相對較高，隨礦粉摻量增加水化熱降低，水化熱降低率遠低于礦粉摻入比例。摻入礦粉改變了水泥漿的水化過程，緩解了水泥漿的集中放熱。（3）雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿水化熱變化曲線較為平緩，水化持續時間更長。隨粉煤灰摻量增加，雙摻水泥漿水化熱降低更多，水化熱達到相對穩定的時間更長。因此，雙摻粉煤灰、礦粉更適合應用于高性能混凝土。

參考文獻

[1] 陳瑜，周士瓊.大摻量粉煤灰高性能混凝土的試驗研究[J].混凝土，2000（4）.

[2] 吳建華，蒲心誠.高強高性能大摻量粉煤灰混凝土研究 [D].重慶大學，2004.

作者簡介：陳莉（1989.06- ），女，漢族，研究方向：鋼結構工程。

摘 要：水泥水化反應屬于放熱反應，水化反應釋放出大量水化熱，在混凝土構造物中的表現就是產生溫度應力，造成溫度裂縫，對結構產生不利影響，應當采取措施減少溫度裂縫。混凝土放熱是由水泥等膠凝材料水化反應引起的，與骨料等無關，因此，本文以水泥為基準材料，通過水泥漿絕熱溫升試驗，研究單摻粉煤灰、單摻礦粉、雙摻粉煤灰礦粉條件下水泥漿的水化放熱規律，為具體混凝土工程中水化熱控制及高性能混凝土的研究提供參考。

關鍵詞：水泥；礦物摻合料；粉煤灰；礦粉；水化反應；水化熱

隨著混凝土結構應用越來越廣泛，人們對混凝土性能要求逐漸提高，混凝土性能研究及二次開發也隨之增強，摻有礦物摻合料的高性能混凝土隨之產生并被大量使用。礦物摻合料混凝土具有：拌合料和易性提高；降低水化放熱，減小溫度應力及裂縫的產生；提高混凝土耐久性等優點。文章以水泥為基準材料，研究含有礦物摻合料的水泥漿水化放熱規律，試驗研究結論有助于研究礦物摻合料在水泥水化過程中的作用機理，并為高性能混凝土配合比的設計提供參考。

1 試驗原料

水泥為甘草牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細度為2.7%，比表面積341m2/kg；粉煤灰為西固熱電Ⅱ級粉煤灰，細度為8.35%，燒失量2.43%；礦粉為蘭州東盛微粉S75，7d活性指數79%；水為普通飲用水；根據前期反復試驗選定此次試驗水灰比為0.42，測溫元件為JDC-2建筑電子測溫儀。水化熱測量采用《水泥水化熱測定方法》（GB-T12959-2008）中的直接法。各組水泥漿試驗參數見表1。

表1 各組水泥漿試驗參數

編號 水灰比 入模溫度

/℃ 外界溫度

/℃ 水泥質量

/Kg 粉煤灰質量

/Kg 礦粉質量

/Kg

SL-1 0.42 25 18 1 0 0

SL-2 0.42 25 18 0.9 0.1 0

SL-3 0.42 25 18 0.8 0.2 0

SL-4 0.42 25 18 0.6 0.4 0

SL-5 0.42 25 18 0.4 0.6 0

SL-6 0.42 25 18 0.9 0 0.1

SL-7 0.42 25 18 0.8 0 0.2

SL-8 0.42 25 18 0.6 0 0.4

SL-9 0.42 25 18 0.4 0 0.6

SL-10 0.42 25 18 0.4 0.2 0.4

SL-11 0.42 25 18 0.4 0.3 0.3

SL-12 0.42 25 18 0.4 0.4 0.2

2 試驗結果與分析

表2 各組水泥漿試驗結果

編號 SL-1 SL-2 SL-3 SL-4 SL-5 SL-6

拌合168h后水化熱/KJ 327.55 263.35 256.14 235.51 181.79 320.67

編號 SL-7 SL-8 SL-9 SL-10 SL-11 SL-12

拌合168h后水化熱/KJ 309.86 289.88 264.99 248.69 226.39 202.79

2.1 單摻粉煤灰水泥漿

由圖1可得，隨著粉煤灰的摻量增大，水泥漿的水化熱曲線越來越平緩，168h后水化熱越來越小。在水泥漿拌合后的168 h（7d），SL-1水化熱327.55KJ，摻 10%，20%，40%，60%粉煤灰的水泥漿水化熱分別比SL-1組水化熱降低 64.20KJ（19.6%），71.41KJ（21.8%），92.04KJ（28.1%），145.76KJ（44.5%）。水泥漿水化熱降低比例與粉煤灰摻量成非線性正比關系，摻入量在一定值（約為20%）以后水化熱降低的比例低于粉煤灰摻入比例。產生這些現象的原因是，粉煤灰與水反應十分緩慢，粉煤灰需在水泥水化產生的氫氧化鈣催化作用下水化速率才能大大增加，且由于粉煤灰的阻擋作用，反應初期粉煤灰及水泥水化較為遲緩，因此，隨著粉煤灰用量增加，水泥漿水化熱曲線越來越平緩。粉煤灰代替水泥，減少了水泥用量，相當于增大了水泥的水灰比，促進水泥水化，但由于水泥用量減少，最終水化熱降低。因此，在粉煤灰摻量較少時，水化熱降低較明顯；粉煤灰摻量增加，水泥的等效水灰比增大，消弱了粉煤灰的阻礙作用，同時，粉煤灰水化過程也會釋放少量的熱量，使得水化熱降低比例減小。

圖1 單摻粉煤灰水泥漿水化熱變化曲線

根據上述試驗結果和分析說明，粉煤灰的活性較低，摻入粉煤灰可以有效降低水泥水化熱，且使水化放熱過程趨于平緩。

2.2 單摻礦粉水泥漿

圖2 單摻礦粉水泥漿水化熱變化曲線

在水泥漿拌合后的168 h（7d），摻 10%，20%，40%，60%礦粉的水泥漿水化熱分別比SL-1（327.55KJ）降低 6.88KJ（2.1%），17.69KJ（5.4%），37.67KJ（11.5%），62.56KJ（19.1%）。水化熱降低比例遠遠小于礦粉在水泥漿中的比例，單摻礦粉與單摻粉煤灰水化放熱規律明顯不同。

由圖2可得，摻入礦粉使水泥漿的水化過程發生變化，與水泥凈漿相比，摻入礦粉后水泥漿早期（24h內）放熱速率變大。

產生這些現象的原因是，礦粉活性較高，礦粉可與水泥水化產物Ca（OH）2發生化學反應，Ca（OH）2含量的減少促進水泥水化反應，因此，摻入礦粉的水泥漿水化更徹底。但摻入礦粉減少了水泥礦物的相對含量，降低了水泥漿水化熱。

2.3 雙摻粉煤灰和礦粉水泥漿

試驗中固定了水泥用量，粉煤灰和礦粉的總摻量為60%，變化粉煤灰與礦粉的比例。由圖3可得，雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿的水化熱曲線兼顧了單摻粉煤灰和單摻礦粉水泥漿的特點，水泥漿水化放熱過程趨于平緩，且隨著粉煤灰用量的增加水泥漿水化熱減小。168h后SL-10組水化熱比SL-3組減少了7.45KJ（2.9%），SL-8組水化熱比SL-1減少了37.67KJ（11.5%），SL-3組水化熱比SL-1減少了71.41KJ（21.8%），由實驗數據對比可知，雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿中粉煤灰與礦粉發生相互交叉反應，與單摻粉煤灰、礦粉相比，雖然雖然水化放熱增大。但雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿水化放熱持續時間變長，放熱平緩。

圖3 雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿水化熱變化曲線

上述試驗結果說明，雙摻粉煤灰、礦粉可以有效降低水泥漿水化熱，使水泥漿水化過程延長，避免了集中放熱。隨著粉煤灰比例的增大，水泥漿水化熱減小，水泥漿水化熱達到相對穩定所需時間更長。

3 結語

（1）粉煤灰的活性較差，可有效降低水泥漿水化熱，粉煤灰摻量越大，水泥漿水化熱越小，水化熱達到相對穩定狀態的時間越長。（2）礦粉的活性相對較高，隨礦粉摻量增加水化熱降低，水化熱降低率遠低于礦粉摻入比例。摻入礦粉改變了水泥漿的水化過程，緩解了水泥漿的集中放熱。（3）雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿水化熱變化曲線較為平緩，水化持續時間更長。隨粉煤灰摻量增加，雙摻水泥漿水化熱降低更多，水化熱達到相對穩定的時間更長。因此，雙摻粉煤灰、礦粉更適合應用于高性能混凝土。

參考文獻

[1] 陳瑜，周士瓊.大摻量粉煤灰高性能混凝土的試驗研究[J].混凝土，2000（4）.

[2] 吳建華，蒲心誠.高強高性能大摻量粉煤灰混凝土研究 [D].重慶大學，2004.

作者簡介：陳莉（1989.06- ），女，漢族，研究方向：鋼結構工程。

摘 要：水泥水化反應屬于放熱反應，水化反應釋放出大量水化熱，在混凝土構造物中的表現就是產生溫度應力，造成溫度裂縫，對結構產生不利影響，應當采取措施減少溫度裂縫。混凝土放熱是由水泥等膠凝材料水化反應引起的，與骨料等無關，因此，本文以水泥為基準材料，通過水泥漿絕熱溫升試驗，研究單摻粉煤灰、單摻礦粉、雙摻粉煤灰礦粉條件下水泥漿的水化放熱規律，為具體混凝土工程中水化熱控制及高性能混凝土的研究提供參考。

關鍵詞：水泥；礦物摻合料；粉煤灰；礦粉；水化反應；水化熱

隨著混凝土結構應用越來越廣泛，人們對混凝土性能要求逐漸提高，混凝土性能研究及二次開發也隨之增強，摻有礦物摻合料的高性能混凝土隨之產生并被大量使用。礦物摻合料混凝土具有：拌合料和易性提高；降低水化放熱，減小溫度應力及裂縫的產生；提高混凝土耐久性等優點。文章以水泥為基準材料，研究含有礦物摻合料的水泥漿水化放熱規律，試驗研究結論有助于研究礦物摻合料在水泥水化過程中的作用機理，并為高性能混凝土配合比的設計提供參考。

1 試驗原料

水泥為甘草牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細度為2.7%，比表面積341m2/kg；粉煤灰為西固熱電Ⅱ級粉煤灰，細度為8.35%，燒失量2.43%；礦粉為蘭州東盛微粉S75，7d活性指數79%；水為普通飲用水；根據前期反復試驗選定此次試驗水灰比為0.42，測溫元件為JDC-2建筑電子測溫儀。水化熱測量采用《水泥水化熱測定方法》（GB-T12959-2008）中的直接法。各組水泥漿試驗參數見表1。

表1 各組水泥漿試驗參數

編號 水灰比 入模溫度

/℃ 外界溫度

/℃ 水泥質量

/Kg 粉煤灰質量

/Kg 礦粉質量

/Kg

SL-1 0.42 25 18 1 0 0

SL-2 0.42 25 18 0.9 0.1 0

SL-3 0.42 25 18 0.8 0.2 0

SL-4 0.42 25 18 0.6 0.4 0

SL-5 0.42 25 18 0.4 0.6 0

SL-6 0.42 25 18 0.9 0 0.1

SL-7 0.42 25 18 0.8 0 0.2

SL-8 0.42 25 18 0.6 0 0.4

SL-9 0.42 25 18 0.4 0 0.6

SL-10 0.42 25 18 0.4 0.2 0.4

SL-11 0.42 25 18 0.4 0.3 0.3

SL-12 0.42 25 18 0.4 0.4 0.2

2 試驗結果與分析

表2 各組水泥漿試驗結果

編號 SL-1 SL-2 SL-3 SL-4 SL-5 SL-6

拌合168h后水化熱/KJ 327.55 263.35 256.14 235.51 181.79 320.67

編號 SL-7 SL-8 SL-9 SL-10 SL-11 SL-12

拌合168h后水化熱/KJ 309.86 289.88 264.99 248.69 226.39 202.79

2.1 單摻粉煤灰水泥漿

由圖1可得，隨著粉煤灰的摻量增大，水泥漿的水化熱曲線越來越平緩，168h后水化熱越來越小。在水泥漿拌合后的168 h（7d），SL-1水化熱327.55KJ，摻 10%，20%，40%，60%粉煤灰的水泥漿水化熱分別比SL-1組水化熱降低 64.20KJ（19.6%），71.41KJ（21.8%），92.04KJ（28.1%），145.76KJ（44.5%）。水泥漿水化熱降低比例與粉煤灰摻量成非線性正比關系，摻入量在一定值（約為20%）以后水化熱降低的比例低于粉煤灰摻入比例。產生這些現象的原因是，粉煤灰與水反應十分緩慢，粉煤灰需在水泥水化產生的氫氧化鈣催化作用下水化速率才能大大增加，且由于粉煤灰的阻擋作用，反應初期粉煤灰及水泥水化較為遲緩，因此，隨著粉煤灰用量增加，水泥漿水化熱曲線越來越平緩。粉煤灰代替水泥，減少了水泥用量，相當于增大了水泥的水灰比，促進水泥水化，但由于水泥用量減少，最終水化熱降低。因此，在粉煤灰摻量較少時，水化熱降低較明顯；粉煤灰摻量增加，水泥的等效水灰比增大，消弱了粉煤灰的阻礙作用，同時，粉煤灰水化過程也會釋放少量的熱量，使得水化熱降低比例減小。

圖1 單摻粉煤灰水泥漿水化熱變化曲線

根據上述試驗結果和分析說明，粉煤灰的活性較低，摻入粉煤灰可以有效降低水泥水化熱，且使水化放熱過程趨于平緩。

2.2 單摻礦粉水泥漿

圖2 單摻礦粉水泥漿水化熱變化曲線

在水泥漿拌合后的168 h（7d），摻 10%，20%，40%，60%礦粉的水泥漿水化熱分別比SL-1（327.55KJ）降低 6.88KJ（2.1%），17.69KJ（5.4%），37.67KJ（11.5%），62.56KJ（19.1%）。水化熱降低比例遠遠小于礦粉在水泥漿中的比例，單摻礦粉與單摻粉煤灰水化放熱規律明顯不同。

由圖2可得，摻入礦粉使水泥漿的水化過程發生變化，與水泥凈漿相比，摻入礦粉后水泥漿早期（24h內）放熱速率變大。

產生這些現象的原因是，礦粉活性較高，礦粉可與水泥水化產物Ca（OH）2發生化學反應，Ca（OH）2含量的減少促進水泥水化反應，因此，摻入礦粉的水泥漿水化更徹底。但摻入礦粉減少了水泥礦物的相對含量，降低了水泥漿水化熱。

2.3 雙摻粉煤灰和礦粉水泥漿

試驗中固定了水泥用量，粉煤灰和礦粉的總摻量為60%，變化粉煤灰與礦粉的比例。由圖3可得，雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿的水化熱曲線兼顧了單摻粉煤灰和單摻礦粉水泥漿的特點，水泥漿水化放熱過程趨于平緩，且隨著粉煤灰用量的增加水泥漿水化熱減小。168h后SL-10組水化熱比SL-3組減少了7.45KJ（2.9%），SL-8組水化熱比SL-1減少了37.67KJ（11.5%），SL-3組水化熱比SL-1減少了71.41KJ（21.8%），由實驗數據對比可知，雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿中粉煤灰與礦粉發生相互交叉反應，與單摻粉煤灰、礦粉相比，雖然雖然水化放熱增大。但雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿水化放熱持續時間變長，放熱平緩。

圖3 雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿水化熱變化曲線

上述試驗結果說明，雙摻粉煤灰、礦粉可以有效降低水泥漿水化熱，使水泥漿水化過程延長，避免了集中放熱。隨著粉煤灰比例的增大，水泥漿水化熱減小，水泥漿水化熱達到相對穩定所需時間更長。

3 結語

（1）粉煤灰的活性較差，可有效降低水泥漿水化熱，粉煤灰摻量越大，水泥漿水化熱越小，水化熱達到相對穩定狀態的時間越長。（2）礦粉的活性相對較高，隨礦粉摻量增加水化熱降低，水化熱降低率遠低于礦粉摻入比例。摻入礦粉改變了水泥漿的水化過程，緩解了水泥漿的集中放熱。（3）雙摻粉煤灰、礦粉水泥漿水化熱變化曲線較為平緩，水化持續時間更長。隨粉煤灰摻量增加，雙摻水泥漿水化熱降低更多，水化熱達到相對穩定的時間更長。因此，雙摻粉煤灰、礦粉更適合應用于高性能混凝土。

參考文獻

[1] 陳瑜，周士瓊.大摻量粉煤灰高性能混凝土的試驗研究[J].混凝土，2000（4）.

[2] 吳建華，蒲心誠.高強高性能大摻量粉煤灰混凝土研究 [D].重慶大學，2004.

作者簡介：陳莉（1989.06- ），女，漢族，研究方向：鋼結構工程。