水泥的水化热作用
混凝土水化热产生机理＼危害与防治对策分析
混凝土水化热产生机理＼危害与防治对策分析【摘要】大体积混凝土产生裂缝的原因是多方面的，必须从结构设计、温度控制、原材料选择、施工安排和施工质量等方面采取综合性措施。
由于温度变化和混凝土收缩而产生的温度应力和是导致大体积混凝土出现裂缝的主要原因，所以在制定温控措施时，必须把控制混凝土的最高温度作为主要方面。
这就要从降低混凝土出机口温度和降低水化热温升入手，抓住主要矛盾的主要方向，从而结合工程的实际情况，采取切实可行的具体措施。
在降低水化热温升方面：可以采用混凝土“双掺”（掺粉煤灰、掺外加剂），合理选择混凝土配合比，尽量降低单位水泥用量，尽量选用低流态和大级配混凝土。
在降低混凝土出机口温度方面：主要从降低对混凝土出机口温度影响最大的石子温度和拌和水温度方面下功夫。
经验表明：石子温度每下降1℃，混凝土出机口温度大约可降低0.55℃，水温下降1℃，混凝土温度可下降0.2℃。
同时在制定温控措施时,必须结合工地实际情况,采用技术上可行、操作上简便实用、经济上节省的措施。
运输上，采用混凝土罐车，尽量减少曝晒时间和停歇，从而降低温升。
【关键词】大体积混凝土;施工裂缝;控制0.引言混凝土：水化热在桥梁及大型设备基础等大体积混凝土施工中较为常见。
由于混凝土凝结、硬化过程中，水泥的水化反应，产生大量的水化热，水化热积聚在内部不易散发，使内部温度上升，内外温差引起巨大的内应力和温度变形，使混凝土产生裂缝、变形，甚至破坏，因此，水化热对大体积混凝土工程是十分不利的。
混凝土水化热源于水泥等胶凝材料水化产生的热量，其危害在大体积混凝土中尤为突出。
本文分析了混凝土水化热产生机理、危害与防治对策。
1.水化热产生机理与危害水泥水化释放的热量是混凝土水化热的来源。
水泥熟料主要由硅酸三钙( 3CaO．SiO2)、硅酸二钙( 2CaO．Si O2)、铝酸三钙(3CaO．Al2O3)和铁铝酸四钙(4CaO．Al2O3．Fe2O3)等矿物组成。
低热钢渣矿渣水泥的早期水化反应及水化热释放机理研究
低热钢渣矿渣水泥的早期水化反应及水化热释放机理研究随着建筑业的发展，对可持续性建材的需求越来越大。
低热钢渣矿渣水泥作为一种新型绿色建材，在减少碳排放和降低能耗方面具有巨大潜力。
本文将探讨低热钢渣矿渣水泥的早期水化反应及水化热释放机理，以期为其进一步应用提供科学依据。
低热钢渣矿渣水泥是一种采用钢渣和矿渣为主要原料制备而成的水泥。
钢渣和矿渣都是钢铁冶炼过程中产生的副产品，其含有的主要成分为硅酸盐和铝酸盐，这些成分可在水化过程中生成水化产物，并形成水泥石。
与传统水泥相比，低热钢渣矿渣水泥在早期水化反应和水化热释放方面具有独特的特性。
首先，低热钢渣矿渣水泥的早期水化反应是一个复杂的过程。
研究表明，钢渣和矿渣会与水中的氢氧根离子发生反应，生成硬化产物。
同时，水泥中的硅酸盐和铝酸盐也会与水发生反应，形成新的水化产物。
这些反应过程导致水泥石的形成和硬化。
低热钢渣矿渣水泥的水化反应速度较慢，需要一定的时间才能完全水化。
因此，在生产过程中需要控制适当的水化时间，以保证水泥石的品质。
其次，低热钢渣矿渣水泥的水化热释放机理与其水化反应密切相关。
水化热是水泥在水化过程中释放的能量，是水化反应进行的必然结果。
研究表明，水化热释放受到多种因素的影响，包括水泥中的矿物组成、水化反应速率、温度等。
低热钢渣矿渣水泥具有较低的水化热释放，主要原因是其水化反应速率较慢，导致能量释放相对较少。
这意味着在使用低热钢渣矿渣水泥进行施工时，可以减少早期水化反应带来的热应力，从而提高施工质量和水泥石的耐久性。
在研究低热钢渣矿渣水泥的早期水化反应及水化热释放机理时，我们可以采用多种方法进行实验。
首先，可以使用X射线衍射、傅里叶红外光谱等分析技术对水泥的水化产物进行表征，以了解水化反应的类型和速度。
其次，可以通过浸泡试验和热流量仪等设备，测量水化热释放的时间和强度，从而揭示水化热释放机理。
此外，还可以通过调整水泥中添加物的种类和含量，研究其对早期水化反应和水化热释放的影响，以优化低热钢渣矿渣水泥的性能和工艺。
水泥水化热与混凝土绝热温升研究综述
科学技术创新2020.04水泥水化热与混凝土绝热温升研究综述杨如东权娟娟陈健（西京学院，陕西西安710123）摘要：本文主要分析了水泥熟料水化的化学反应，混凝土绝热温升的热力学理论，以及分析总结了水泥粒径，温度和掺合料对水泥水化热的影响，给出了目前运用于水泥水化热的三种经验计算模型，并对今后研究方向做出了展望。
关键词：水化反应；水泥水化热；绝热温升；经验模型中图分类号:TQ172文献标识码:A文章编号:2096-4390(2020)04-0100-02本文从绝热温升理论，影响因素，计算模型三个方面对混凝土绝热温升进行谈论和综述，并展望今后开展的研究及其方向，希望为混凝土性能的研究方面提供参考。
1混凝土绝热温升理论1.1水泥水化反应机理水泥水化反应是水泥熟料与水接触发生化学变化，生成水化物的过程。
一般通常认为水泥水化需要进行NG-I-D这三个过程。
水泥熟料的矿物相主要化学成分是钙离子，硅酸离子，铝酸离子等，这四种矿物成分与水接触后，矿物成分的离子浓度进行累积，水解至一定饱和程度后，开始有沉淀物产生。
但是由于这四种矿物成分分子结构的差异性，造成每种矿物与水发生水化和水解反应的速率，时间不同，一般来说，铝酸三钙最先开始进行水化，研究水泥水化过程的前期可以着手于铝酸三钙的水解反应。
硅酸二钙（C2S）开始水化的时间比较长，大约从养护10天后开始。
因此铝酸三钙是混凝土的产生早期强度的主要来源，而混凝土养护28天内增加的强度逐渐由硅酸二钙所提供。
熟料矿物经过水化最终生成沉淀的胶状物，生成的胶状物相互之间也会发生一定的化学反应，最后变成坚硬的石状体。
1.2热力学理论根据热力学第一定律可知：(1)式中：系统内能的增量，Q为系统吸收的热量，W为功，而混凝土绝热温升过程中，混凝土不对外界做功，因此公式中W为0。
在混凝土绝热温升的过程中，水泥水化过程中产生的能量变化只跟反应系统的初始状态和最终状态有关，而与变化的途径无关，也就是水化反应的能量变化会与混凝土入模温度以及早期水泥水化反应有关，因而可以得到在混凝土绝热温升的过程中，混凝土内部的能量是一个定值，内部能量是一状态的性质。
水泥水化反应
大
小
最大
中
早期低
强度
高
低
低
后期高
• 二．水化反应: 水泥水化反应是一个很复杂 的过程。
• 1.水化机理: 水泥颗粒与水接触时，其表面 的熟料矿物立即与水发生水解或水化作用， 生成新的水化产物并放出一定热量的过程。
• 2.各种矿物的水化反应:
• 硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧 化钙晶体。该水化反应的速度快，形成早 期强度并生成早期水化热。 3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3 -x)Ca(OH)2
水泥各种矿物成分水化热 单位: cal/g
水泥各种矿物 成分水化 热单 位: cal/g
水泥各种矿物成分水化热 cal/g
单位:
水泥 各 种 矿 物 成 分 水 化 热 单 位: cal
水泥 各 种 矿 物 成 分 水 化 热 单 位: cal
水泥 各 种 矿 物 成 分 水 化 热 单 位: cal
• 水泥的水化热是由水泥水化作用产生的，因其中 包括水化、水解和结晶一系列作用，故水泥的水 化热实际为水泥的硬化热。
• 水化热的大小与放热速率首先取决于水泥的矿物 组成，矿物的水化速度愈快，则水化热量愈大。 铝酸三钙的水化热与放热速率最大，铁铝酸四钙 和硅酸三钙次之，硅酸二钙最小。
• 水化速度: C3A ＞C3S ＞ C4AF ＞ C2S • 水化热: C3A ＞C3S ＞ C4AF ＞ C2S • 水泥的水化热由试验确定。若在已知水泥矿物成
水泥 各 种 矿 物 成 分 水 化 热 单 位: cal
水泥 各 种 矿 物 成 分 水 化 热 单 位: cal
水泥各种矿物 成分水化 热单 位: cal/g
混凝土中水泥的水化反应原理
混凝土中水泥的水化反应原理一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其基本组成成分是水泥、骨料、细骨料和水。
水泥作为混凝土中的主要水化物，其水化反应是混凝土得以坚固的基础。
因此，深入了解水泥的水化反应原理对于提高混凝土的品质和性能具有重要的意义。
二、水泥的组成及分类水泥是一种矿物粉料，主要由熟料和石膏组成。
熟料是指经过高温煅烧后的混合材料，包括石灰石、粘土、矾土、铁矿石等主要原料。
石膏是指石膏石经过磨制后的矿物粉料，作为水泥主要原料的补充剂，有调节水泥凝固时间和改善水泥性能的作用。
根据水泥的用途和成分的不同，可以将水泥分为硅酸盐水泥、矿渣水泥、高铝水泥、白水泥等多种类型。
三、水泥的水化反应水泥的水化反应是指水泥在水的作用下发生的化学反应，产生水化物和释放热量。
水泥的水化反应主要分为两个阶段：早期水化反应和晚期水化反应。
1. 早期水化反应早期水化反应指水泥在与水接触的瞬间开始反应，产生大量的热量和水化产物。
早期水化反应主要包括以下几个过程：（1）水分解过程水分解是指水分子在水泥颗粒表面吸附后，发生裂解反应，产生氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）。
水分解是水化反应的起始过程，也是后续反应的基础。
（2）胶凝体形成过程胶凝体是指水泥颗粒与水中形成的胶体物质，包括硅酸钙凝胶、无定形硅酸钙和钙铝矾土胶体等。
胶凝体的形成需要一定的时间和条件，主要与水泥的成分、水泥颗粒的尺寸和形状、水泥与水的比例等因素有关。
（3）水化热释放过程水泥的水化反应是一个放热反应，早期水化反应中，由于反应速率较快，所以产生的热量也较大，有可能导致温度升高过快，从而引起混凝土龟裂和变形等问题。
2. 晚期水化反应晚期水化反应指水泥在早期水化反应后，通过长时间的反应和硬化过程，逐渐形成硬化水泥石。
晚期水化反应主要包括以下几个阶段：（1）氢氧化钙晶体形成过程水泥中的氢氧化钙（Ca(OH)2）是一种重要的水化产物，其会与水中的CO2反应形成碳酸钙，从而影响混凝土的性能。
midas civil水热化分析
课题背景及任务来源随着我国交通事业的迅速发展，大跨度桥梁大量出现，在桥梁中大体积混凝土承台、锚碇、塔等亦随之大量出现。
目前所生产的水泥放热速度较过去大为提高，这使得大体积混凝土的温度裂缝问题日益突出，已成为普遍性的问题。
大体积混凝土在固化过程中释放的水化热会产生较大的温度变化和约束作用，由此而产生的温差和温度应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素，从而影响结构的整体性、防水性和耐久性，成为结构的隐患。
因此大体积混凝土在施工中必须考虑裂缝控制。
大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂，涉及到结构、建筑材料、施工、环境等多方面因素，工程建设领域目前对桥梁中所使用的大体积混凝土的研究还不够深入、全面，相关的规范条文还不够完善，对很多工程实践中的问题只能依靠经验处理，缺乏适当的理论依据，这会造成许多不必要的人力、物力、财力的浪费，大体积混凝土施工质量控制的结果也不很理想。
在总结大体积混凝土温度裂缝产生的原因的基础上，本文结合邕江四线特大桥，以及对承台试块的模拟试验，研究分析了大体积混凝土内部温度场和温度应力变化的规律和工程中采用的温控措施的实际效果。
本文在大体积混凝土工程中所采用的温度监测和裂缝控制措施，为今后同类工程施工提供了有用信息，也为今后开展深入的理论研究提供了试验和理论参考依据。
组成结构通过midas来模拟大体积混凝土在水化热情况下温度与应力应变的变化，并且通过不加冷水管和加冷水管的情况下进行对比分析，并得出相应的结果。
功能与技术能够直观的看到混凝土内部在水化热的情况下温度随时间的变化，并且通过精确的数值进行分析。
从而使我们对水化热有进一步的认识，进而通过温度变化趋势分析混凝土可能会产生的裂缝的位置，从而提前做好防护措施，尽可能是裂缝降到最小。
成果的主要特点通过对大体积混凝土水化热的分析，我们能更加深入的了解混凝土内部温度度的变化情况，从而对混凝土浇筑﹑养护﹑防护提前做出应对措施。
尤其是咋此过程中温度对其裂缝的影响。
水化热调控剂对水泥水化作用的影响研究
水化热调控剂对水泥水化作用的影响研究
张晓;王瑞;王文彬;王育江;李磊
【期刊名称】《新型建筑材料》
【年(卷),期】2024(51)1
【摘要】添加水化热调控材料可以有效控制混凝土的水化温峰,进而降低混凝土温度裂缝的生成,提高混凝土的耐久性、延长服役寿命。
通过水泥净浆微量热、砂浆
水化热、混凝土抗压强度、TG、XRD、SEM等手段研究了新型复合水化热调控剂对水泥混凝土力学性能、体积稳定性、水化作用等的影响规律。
结果表明,水化热
调控剂可以在不影响后期强度的情况下,有效降低水泥早期水化速率,水泥砂浆水化
温峰值较基准样下降了18.52%~44.89%,减少水泥水化产物(CH、C-S-H、AFm、AFt)生成;在与膨胀剂配伍使用时,可以提升膨胀效果。
【总页数】5页(P54-58)
【作者】张晓;王瑞;王文彬;王育江;李磊
【作者单位】江苏苏博特新材料股份有限公司;高性能土木工程材料国家重点实验
室
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.042
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粉煤灰和高效减水剂对水泥水化热的作用
粉煤灰和高效减水剂对水泥水化热的作用王述银李维平邓建武摘要三峡二期工程选用的4种高效减水剂对高掺优质粉煤灰(1级)的三种水泥水化热的影响规律，以及它对不同厂家生产的中热和低热水泥的适应性。
并就双掺后的水泥水化放热机理进行了探讨。
关键词高效减水剂粉煤灰水泥水化热放热速率1 概述三峡工程是世界上在建的最大水电工程，举世瞩目，其混凝土总量约2700万m3，为世界之最。
为保证大坝混凝土的质量，尤其是保证大坝混凝土的耐久性，在三峡大坝混凝土中将掺用高效减水剂、I级粉煤灰和优质引气剂。
三者掺入后对所选用的低热和中热水泥的水化热将产生什么影响，是三峡大坝设计者和建设者最关心的问题。
众所周知，和许多化学反应一样，水泥矿物的水化是放热的，因混凝土的热传导性较低，大体积混凝土产生的水化热造成坝体内部温度快速上升，同时，由于混凝土外部的散热而在坝体内外之间形成温度梯度，产生较大的温度应力，导致产生温度裂缝。
因此必须对用于大体积混凝土的水泥水化放热速度及放热量进行限制，使温度上升速度减慢，延长散热时间，防止混凝土开裂。
I级粉煤灰和高效减水剂同时大规模应用于大型水电工程在国内还是首次，人们对其性能的了解还不多，试验的目的是研究三峡二期工程选用的高效减水剂对低热、中热水泥掺I级粉煤灰后水化热的耦合作用规律，寻找能延缓水泥水化热放热速率的高效减水剂，从水化热角度优选高效减水剂品种，探寻其对不同厂家生产的中热和低热水泥的适应性，以便为三峡大坝混凝土设计提供参考数据，采取有效的工程技术措施，降低混凝土温升，防止大坝混凝土产生有害的裂缝，提高大坝混凝土的耐久性。
2 试验用原材料性能2.1 水泥试验用水泥选用三峡二期工程葛洲坝水泥厂生产的425低热、525中热和湖南特种水泥厂生产的525中热水泥，比较不同外加剂对不同品种、不同厂家水泥的水化热的影响，即外加剂对水泥的适应性。
2.2 引气剂和高效减水剂经优选试验，选定5种减水剂，分别是ZB-l、ZB-lA、FE-B、R561、木钙。
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水泥的水化热作用
水泥的水化作用是放热反应。
矿物成分产生溶解热，某些水化物产生沉淀热;此外，水分吸附在水化物土也将产生物理吸附热(约占水化热总量的1/4)。
这几种热量的总和构成了水泥在各龄期的水化热。
水泥的水化热大部分是在硬化的最初几天放出的，以后放出的热量则不大。
水化热对于大体积混凝土是有害的，它会使混凝土的温度上升到30～50℃，甚至更高。
由于混凝土热传导性较小，外层散热快，因此使内外温度不一致，胀缩现象不平衡，导致产生拉应力，造成混凝土发生裂缝，影响工程质量。
所以在大体积混凝土工程中，需采用低热水泥。
水化热的产生对于混凝土的冬季施工是有利的，可以提高混凝土硬化过程中的温度，促进强度发展。
水泥水化热的大小与水泥的矿物组成、玻璃体含量、细度、受潮程度、水灰比、环境温度等都有关系。
要了解水化热的情况，应当通过试验进行实测。
水化热的试验方法很多，一般采用蓄热法，此外还有溶解热法和绝热温升法。
(1)蓄热法。
将水泥胶砂试样放在保温瓶中，然后置保温瓶于恒温水槽内，根据水泥胶砂的温度升高、各种材料的比热容与质量，计算出水化热。
但用此法试验，最多只能测得7d的水化热。
由于试验过程中的散热，因此测得的水化热与大体积混凝土的实际观测值比较，是偏低的。
关于采用蓄热法测试水泥水化热的具体操作仪器、步骤在此不拟详逑。
(2)溶解热法。
测定干水泥与经一定龄期水化的水泥在硝酸与氢氟酸混合液中的溶解热，两个溶解热的差值就是水泥在该龄期的水化热。
但是，对于掺加掺合料的水泥，由于不能全部溶解，因此还存在一定的问题。
(3)绝热温升法。
按施工用的材料和配合比，塑制较大的混凝土试件，置放在任何时候都与混凝土内部温度相等的温度条件下，并密封起来，使混凝土中的热量不散失，也不吸入，即使外界气温与混凝土温度同步上升，直接观测混凝土的温升情况，然后根据温升、水泥用量、混凝土的比热容，计算出水泥的水化热。
在实际应用中，关注的不是水化热的量，而是放热速度。
水化热的增长速度可以用绝热法来测量。
国内不少单位，如长江水利水电科学研究院等都曾研制了此种测试设备。
由于此法试验精度要求较高，以及气温和混凝土温度还不容易达到完全的同步等原因，因此此法尚未普遍得到应用。
下面列出两种水泥的水化热供参考，见下表。
表水泥水化热量 (kj/kg)。