混凝土水化熱

水化熱指物質與水化合時所放出的熱。混凝土凝結時會放出熱量，這個熱量是多種物質和水反應產生的，故稱為混凝土水化熱。

基本介紹

• 中文名：混凝土水化熱
• 外文名：Concrete hydration heat
• 放熱量：取決於水泥熟料的礦物成分
• 放熱速度：水泥細度、摻合料及外加劑有關
• 放熱最快：鋁酸三鈣

放熱特性

水泥與水發生水化反應要產生熱效應，即水化反應放熱，稱之為水泥的水化熱，相對混凝土工程而言，也可稱為混凝土的水化熱。水化放熱量與放熱速度主要取決於水泥熟料的礦物成分、水泥細度、水泥中摻合料多少及外加劑的性能。鋁酸三鈣水化速度最快，放熱速度快、放熱量也大，其次是矽酸三鈣，矽酸二鈣放熱量低，速度也慢。水泥越細，水化速度越快，放熱量越大。對於相同重量的水泥，如果水泥熟料中鋁酸三鈣、矽酸三鈣相對含量越高，則水泥水化放熱量越大，一般矽酸鹽水泥，鋁酸三鈣含量為7%～15%，矽酸三鈣含量為36%~37%。水泥中摻合料多，相對降低了鋁酸三鈣與矽酸三鈣的含量，這就是為什麼矽酸鹽水泥放熱量大，次之是普通矽酸水泥，礦渣矽酸鹽水泥與粉煤灰矽酸鹽水泥放熱量較小的原因。外加劑性能影響主要是指如果外加劑能較大地提高混凝土28d強度，可以減少水泥用量(如提高20%，可減少水泥用量15%)，以及外加劑有緩凝作用，減少或推遲水泥水化熱的溫度峰值。

放熱控制

對於矽酸鹽水泥，水泥水化的放熱，主要集中在澆築後的1～3d早期，放熱量約為總放熱量50%，7d為75%，以後逐漸減少。水泥水化的放熱，可以進一步加快水泥水化反應，加快混凝土硬化速度，這對氣溫較低特別是冬季的非大體積混凝土施工，如果能利用澆築後的模板保溫(如用木模板，竹膠模板)及覆蓋保溫(塑膠薄膜或塑膠布)，利用水化熱，提高其早期強度是有利的。但對大體積混凝土(在工業與民用建築中通常認為構件的短邊尺寸大於800mm，主要是高層建築的基礎底板或大型設備基礎)，由於單位面積上混凝土厚度加大，產生的水化熱很大，往往造成很大溫度應力，導致混凝土開裂。

大體積混凝土溫度裂縫

由於混凝土水化熱主要集中在澆築後的早期，對矽酸鹽水泥主要集中在澆築後的1～3d，對礦渣矽酸鹽水泥或粉煤灰矽酸鹽水泥主要集中在澆築後的1～5d。在此期間由於水化熱的累積，使混凝土的溫度急劇上升形成所謂的升溫階段，出現了溫度峰值(一般出現於澆築後24～48h)。對於大體積混凝土，隨著澆築厚度不同、採用水泥品種不同及澆築時環境氣溫的不同，其溫度峰值也會有所不同，混凝土厚度越大，所用水泥放熱量越大，澆築時氣溫越高，原材料帶入熱量越多，溫度峰值就越高，其核心區的溫度峰值可達60～70℃以上。當混凝土水化熱達到溫度峰值後，保持短時間的平穩段，隨著混凝土的散熱，溫度開始下降，稱之為“降溫階段”(隨著混凝土厚度、溫度峰值大小不同，環境溫度不同，一般要經歷10～30d時間)。混凝土在升溫階段很快形成並提高強度，隨之形成並提高彈性模量，則混凝土的體積熱膨脹效應開始出現；混凝土在達到溫度峰值時，應當說具有較大的強度與彈性模量，隨著溫度的降低，體積也要相應縮小，同時還要考慮混凝土自身可能產生的收縮變形。

水化熱的降低

混凝土中水泥的水化反應是放熱反應，在混凝土中摻入粉煤灰可以降低水化熱，這是由於減少了水泥的用量。粉煤灰的火山灰反應速度較慢，當粉煤灰取代部分水泥時可使混凝土的熱量釋放率降低，即使混凝土溫度釋放時間延長、溫度升高的峰值降低。這也是粉煤灰在混凝土中大量套用的另一個主要優點。

由於近年來為數不少的大型、超大型混凝土結構的建造，構件斷面尺寸相應增大；混凝土設計等級不斷提高，相應水泥強度等級提高，單位體積水泥用量增加；又因為實施水泥新標準後，水泥中的早強型礦物成分C、S含量提高，粉磨細度加大等多種因素的疊加，導致混凝土早期硬化過程中溫度升高明顯加劇。在降溫期間，混凝土很容易產生溫度收縮應力，這是致使許多混凝土結構物在模板剛拆除時就發現大量裂縫的原因。這種硬化混凝土早期出現的裂縫往往深而長。

一般來說，摻入粉煤灰後，混凝土溫度升高趨勢將明顯降低，且粉煤灰摻量越多，降低趨勢越明顯。大摻量粉煤灰混凝土特別適合大體積混凝土。有關研究資料表明，摻入30%的粉煤灰後，可以使混凝土溫升降低近10℃，使溫度收縮變形和開裂風險減小。與純水泥混凝土相比，粉煤灰混凝土受溫度影響更為顯著。當混凝土澆築時環境溫度和混凝土體溫度較高時，對於純水泥混凝土來說，溫升帶來不利影響；而對於摻入粉煤灰的混凝土而言，不僅溫升幅度下降，混凝土因溫升開裂的危險減小，同時由於水化反應加速，早期強度發展速率加快。還需注意的是不同類型的粉煤灰對混凝土溫升的影響差異較大，應根據實際工程需要有所選擇。顯然，粉煤灰中的CaO含量越高，越不利於降低溫升，所以高鈣灰不適用於大體積混凝土或者對於控溫要求比較嚴格的混凝土。