吕寅—低温升抗裂大体积混凝土研究与应用.doc

1、低温升抗裂大体积混凝土研究与应用 吕寅 武汉理工大学80 （申请工学硕士学位论文） 低温升抗裂大体积混凝土 研究与应用培养单位：材料科学与工程学院 学科专业：建筑材料与工程 研究生：吕寅 指导教师：胡曙光 教授丁庆军 教授 2012年5月独 创 性 声 明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 学位论文使

2、用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）： 导师（签名）： 日期：分类号 学校代码 10497 UDC 学 号 104972090339 学位论文题 目 低温升抗裂大体积混凝土研究与应用 英 文 Research and

3、 application of low temperature rising 题 目 and anti-cracking mass concrete 研究生姓名 吕 寅 指导教师 姓名 胡曙光 职称 教授 学位 博士 姓名 丁庆军 职称 教授 学位 博士 单位名称 材料学院 邮编 430070 申请学位级别 硕 士 学科专业名称 建筑材料与工程 论文提交日期 2012年5月 论文答辩日期 2012年6月 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人 2012年5月摘 要广泛应用于我国桥梁工程建设中的大体积混凝土结构，常会发生因温度应力控制不当而引发结构开裂的状况。目前施工过

4、程中为避免温度裂缝的产生，主要采取在混凝土中预埋冷却水管的降温措施，然而此种方式不仅增加了施工难度及成本，而且预埋冷却水管处常出现压浆不密实的情况，使有害离子更易侵入混凝土内部，影响结构服役寿命。所以探索出一种取消冷却水管，并且提高结构抗裂性能和减少工程造价的大体积混凝土设计方法势在必行。本文依托广东省交通厅项目“桥梁大体积混凝土施工模糊控制技术”，设计出“低温升抗裂大体积混凝土配合比设计与大体积混凝土梯度结构优化设计”的大体积混凝土综合抗裂措施，以解决工程实际中广泛存在的大体积混凝土开裂问题，具体进行了以下研究工作。研究了入模温度（15、25、35）对大体积混凝土绝热温升的影响，探明了胶凝材

5、料中矿物掺合料种类、掺量及入模温度对胶凝材料体系水化放热量和放热速率的影响，提出了利用矿物掺合料放热取代系数（Nt）来表征在不同水泥掺量条件下，单位质量矿物掺合料的相对于水泥的水化放热量。同时考虑入模温度的影响，对大体积混凝土规范中胶凝材料放热量的计算公式进行了修正，为在相关缺乏试验条件情况下的大体积混凝土结构的绝热温升计算提供参考。提出低温升抗裂大体积混凝土配合比设计方法，在密实骨架堆积原理的基础上，通过对各胶凝材料掺入比例进行优化并复配出大体积混凝土专用缓凝减缩增韧高效减水剂，使混凝土物理力学性能得到有效保证的条件下，最大程度地降低胶材整体的水化放热量，抑制混凝土绝热温升。制备出适用于不同

6、结构部位的大体积混凝土：C30C50强度等级的低温升抗裂混凝土，物理力学性能接近普通大体积混凝土，并且在入模温度为35时的3d水化放热量分别减少了25.9%、21.8%和13.1%；提出了适用于结构边部以解决开裂及磨蚀问题的高韧性抗裂大体积混凝土和抗冲磨大体积混凝土的配合比。经耐久性能试验，上述部位混凝土均满足桥梁高性能混凝土的耐久性要求。提出大体积混凝土结构梯度设计方法，通过“低温升抗裂大体积混凝土配合比设计与大体积混凝土梯度结构优化设计”的设计方案，可以实现最大程度抑制结构内部水化温升的同时，增强结构边部的抗裂性能（抗冲磨性能）。综合采用温升控制和增强混凝土物理力学性能相结合的方式，解决桥

7、梁工程中广泛出现的大体积混凝土开裂技术难题。研究成果成功应用于嘉绍大桥、大榭二桥、中北路跨楚河桥等桥梁工程的大体积混凝土结构部位，应用效果良好，工程应用表明：利用上述方法制备的低温升抗裂大体积混凝土有效地控制了内外温差及温度应力，大体积混凝土结构温度应力均小于同龄期下混凝土的劈裂抗拉强度，无开裂现象产生。 关键词：大体积混凝土，入模温度，绝热温升，配合比设计，结构梯度设计AbstractThe mass concrete structures are widely used in the construction of the bridge project, which are often l

8、eading to structural cracks because of temperature stress. Now mainly taken the cooling pipe measures to prevent temperature cracks, during the construction process. However, in this way not only increases the difficulty of construction and cost, while after grouting the cooling pipe place is still

9、not dense, which will leading to the harmful ions easily penetrated into concrete, affecting the service life of the structure. So explore a design method of mass concrete, achieving cancel cooling water pipe, is imperative. This article rely on the Guangdong Provincial Department of Communications

10、project Fuzzy control technology of the mass concrete construction. Integrated design of mass concrete anti-cracking measures to address large volume concrete crack problem that with the low temperature rising and anti-cracking mass concrete mix design and gradient structure design method, this arti

11、cle has the following research:The influences of molding temperature (15、25、35) on the adiabatic temperature rise of mass concrete were researched in this article. Changing rules and mechanisms of the hydration exothermic quantity and hydration exothermic rate under different influence factors, type

12、 and dosage of mineral admixtures and casting temperature, were also discussed. The exothermic replace coefficient (Nt) was proposed to characterize hydration exothermic quantity of mineral admixtures per unit mass relative to that of cement. Considering the molding temperature, calculation formula

13、of cementitious materials in mass concrete discipline was revised, which can be a good reference for adiabatic temperature rise calculation in mass concrete structures lacking experimental condition.Proposed the low temperature rising and anti-cracking mass concrete mix design method, which basis on

14、 the dense principle, through adjustment the scale of each cementitious materials and mixed the mass concrete special concrete water reducer these two kind of method that to achieve the balance of the concrete mechanical properties improvement and the adiabatic temperature rise reduce.Prepared the m

15、ass concrete that meet the need of different structural parts. For C30C50 low temperature rising and anti-cracking mass concrete, whichs mechanical properties close to normal mass concrete, but 3 day hydration heat of concrete dropped, 18.8% and 7.7%, respectively. Proposed the mix design method of

16、the high toughness & anti-cracking concrete and the abrasion-resistant mass concrete. The durability test shows, all those type of concrete are meeting the durability requirements of bridge high performance concrete.Proposed the gradient design method of mass concrete structure. Through the low temp

17、erature rising and anti-cracking mass concrete mix design and gradient structure design, which achieve reduce of structure temperature and enhance the anti-cracking characteristics (abrasion-resistant characteristics) of the structure edge at the same time. Combination of those method above, which e

18、ffectively solves mass concrete crack problem that widely appeared at the bridge engineering.Research results were applied successfully on the mass concrete brige structure parts of the Jiashao bridge, the second bridge of Daxie and the crossing Chu river bridge of Zhongbei Road. And all the applica

19、tion is successful. The engineering application practice shows that: low temperature rising and anti-cracking mass concrete made by this method controlled the inside and outside temperature difference and temperature stress effectively. And the temperature stress was lower than the splitting tensile

20、 strength of concret under the same age. There was no cracking phenomenons in the above structure parts. Keywords: Mass concrete;Molding temperature;Adiabatic temperature;Mix design; Gradient structure design 目 录摘 要IABSTRACTIII目 录V第一章 绪 论11.1 课题研究目的及意义11.2 大体积混凝土目前存在的问题及研究现状21.2.1 大体积混凝土目前存在的问题21.2.

21、2 大体积混凝土研究现状31.3 本文研究内容5第二章 入模温度对大体积混凝土绝热温升的影响62.1 试验设备及原材料62.1.1 实验设备62.1.2 实验原材料72.2 入模温度对胶凝材料水化放热特性的影响82.2.1 矿物掺合料换算放热量及放热取代系数82.2.2 入模温度对纯水泥体系水化放热特性的影响92.2.3 入模温度对水泥粉煤灰体系水化放热特性的影响102.2.4 入模温度对水泥矿粉体系水化放热特性的影响132.2.5 入模温度对复杂胶凝材料体系水化放热特性的影响162.3 不同入模温度下的大体积混凝土绝热温升计算192.3.1 不同入模温度下的放热代系数和水化热调整系数192.

22、3.2 大体积混凝土绝热温升工程计算实例212.4 入模温度对胶凝材料体系水化产物的影响研究242.4.1 不同入模温度下水化产物的物相变化242.4.2 不同入模温度下水化产物的微观结构特征27第三章 低温升抗裂大体积混凝土配合比设计303.1 密实骨架大体积混凝土配合比设计303.1.1 混凝土密实骨架堆积法基本设计原理313.1.2 大体积混凝土密实骨架配合比设计323.2 低温升抗裂大体积混凝土配合比优化设计333.2.1 大体积混凝土胶凝材料体系优化333.2.2 大体积混凝土缓凝减缩增韧高效减水剂复配353.3 适用于不同结构部位的大体积混凝土配合比设计373.3.1 不同强度等级

23、的低温升抗裂大体积混凝土配合比设计383.3.2 高韧性抗裂大体积混凝土配合比设计403.3.3 抗冲磨大体积混凝土配合比设计413.4 低温升抗裂大体积混凝土耐久性研究433.4.1 试验配合比433.4.2 大体积混凝土耐久性能研究44第四章 低温升抗裂大体积混凝土结构优化设计494.1 大体积混凝土温度场有限元计算原理494.2 低温升抗裂大体积混凝土温度应力场计算514.2.1 大体积混凝土温度应力场计算模型514.2.2 大体积混凝土温度应力场匹配计算524.3 大体积混凝土梯度结构设计534.3.1 塔座、塔柱抗裂梯度结构544.3.2 承台抗冲磨梯度结构58第五章 工程应用实例6

24、15.1 嘉绍大桥低温升抗裂大体积混凝土应用615.1.1 嘉绍大桥大体积混凝土施工概况615.1.2 嘉绍大桥大体积混凝土配合比615.1.3 嘉绍大桥承台C30大体积混凝土应用625.1.4 嘉绍大桥塔座C40大体积混凝土应用655.1.5 嘉绍大桥塔柱C50大体积混凝土应用685.1.6 嘉绍大桥工程应用效果715.2 大榭二桥低温升抗裂大体积混凝土应用725.2.1 大榭二桥大体积混凝土施工概况725.2.2 大榭二桥大体积混凝土配合比725.2.3 大榭二桥承台C40大体积混凝土应用735.2.4 大榭二桥工程应用效果75第六章 结论76参考文献78硕士期间发表论文及参与研究项目82

25、致 谢8384武汉理工大学硕士学位论文第一章 绪 论1.1 课题研究目的及意义近年来，随着桥梁设计及施工技术的迅猛发展，刷新大跨径桥梁世界纪录的大桥不断出现，随着桥梁跨度的增加，承台、塔座等结构承载部位的设计尺寸也随之不断加大，桥梁设计及建造过程中对于上述大体积混凝土结构部位的质量要求亦越来越严格。然而大体积混凝土结构与普通钢筋混凝土结构相比，具有体形大、结构厚、混凝土单次浇筑方量多，工程条件复杂和施工技术要求高等特点1。大体积混凝土除了要满足普通混凝土的强度、刚度、整体性和耐久性等要求之外，还必须严格控制温度混凝土内表温差，以避免产生温度裂缝2。温度裂缝的出现，不仅会影响结构外观质量，还会破

26、坏结构的整体性和耐久性能，当贯穿性的温度裂缝产生时更会导致结构无法正常使用。相关研究表明，混凝土在硬化过程中，胶凝材料的水化反应会产生大量水化热3，由于大体积混凝土结构截面尺寸大，而混凝土材料本身为热的不良导体，结构内部温度场对于外界环境的温度变化不会发生即时的温度波动，所以大量的热聚集在内部无法释放，而结构表面混凝土的散热则较快，这样即在混凝土内部和表层则形成较大温差，从而引发不均匀的温度变形和温度应力，一旦温度变形引起的温度拉应力超过混凝土的抗拉强度，就会在混凝土中产生温度裂缝4。目前，大体积混凝土结构的施工过程中为避免温度裂缝的产生，主要采取在大体积混凝土中预埋冷却水管的降温措施，然而此

27、种方式不仅增加了施工难度，而且提高了工程的造价，同时预埋冷却水管处常出现压浆不密实，使有害离子更易侵入混凝土内部，引发结构内部钢筋锈蚀。所以探索和寻求出一种可以实现取消冷却水管施工，并且能兼顾提高结构抗裂性能和减少工程造价的新型桥梁大体积混凝土设计方法势在必行5。因此，武汉理工大学和广东省长大公路工程有限公司成立项目组，对大体积混凝土结构在温度应力作用下的开裂性能进行大量调研分析，以形成一套实现大体积混凝土结构取消冷却水管施工的技术措施，以混凝土材料自身特性的设计和大体积混凝土结构的优化设计为研究重点，简化以往繁复的温度控制施工工序，从而最大限度的提高工程施工效率，实现对我国国民经济的可持续发

28、展产生积极作用。1.2 大体积混凝土目前存在的问题及研究现状1.2.1 大体积混凝土目前存在的问题（1）大体积混凝土温度裂缝控制经研究发现大体积混凝土结构因温度应力引发的早期裂缝往往在结构边部发生6-7，浇筑初期结构整体的温度均会随着胶凝材料水化反应的进行而逐步升高；而当水化反应逐渐减弱时，混凝土自身放热逐步减少，此阶段大体积混凝土结构外部混凝土的升温状况即主要受控于环境温度，其温度开始逐步下降，然而结构内部核心部分混凝土的热量无法短时间消散，仍处于受热膨胀的状态，而边部混凝土已经受到环境温度的影响开始受冷收缩，此一来处于外部的混凝土即受到了极大的拉应力作用，当同龄期混凝土自身的抗拉强度小于结

29、构表层所产生的拉应力时，则导致结构边部温度裂缝的产生8-9。目前大体积混凝土工程中，为了抑制由上述原因导致的温度裂缝，主要采取在大体积混凝土内部预埋冷却水管的方式，通过循环冷却水的流动带走结构核心部位的集中热量，以降低结构内外温差，实现对温度应力的控制。然而在实际操作工程中，由于施工单位技术水平的参差不齐，往往会出现因通水时间和通水降温速率控制不利而引发混凝土开裂的状况，同时预埋冷却水管部位常发生压浆不密实，使有害离子更易侵入混凝土内部，引发结构内部钢筋锈蚀，所以采取通冷却水来控制大体积混凝土温度裂缝的方法存在诸多弊端，急需改进。（2）入模温度对胶凝材料水化放热特性的影响对以往众多工程项目大体

30、积混凝土温控数据进行总结后发现，于不同季节施工的大体积混凝土结构，由于施工期间的入模温度差异较大，混凝土的水化放热特性及温度场的变化发展状况都会产生明显的差别。具体表现在，夏季施工的大体积混凝土结构其内部温峰出现的时间早，放热持续时间较长；而冬季施工的混凝土结构在相似的混凝土配合比条件下温峰出现时间延后，绝对温升的峰值也有削减的趋势。目前在对大体积混凝土结构的温度应力场进行模拟计算的过程中，设计人员往往忽视了入模温度对于结构温度及应力发展状况的影响，计算值与实测值差距较大，所以应在考虑入模温度影响的基础上，对以往的温度场计算方式进行适当修正10。（3）服役环境对大体积混凝土使用寿命的影响我国的

31、江河流域中含沙石量大，对于桥梁工程，其过水构筑物的在水流长期冲刷下的磨蚀损耗则是一个不可忽视的重要问题。当混凝土抗冲磨性能不良时，挟带泥沙和碎石高速水流长期冲刷结构表面，就会造成混凝土保护层的剥落，影响结构使用寿命11。混凝土受冲磨破坏时，往往都是混凝土表层的水泥石或水泥砂浆层先受到磨蚀，产生严重的质量损失而导致破坏。而目前国内的众多桥梁工程，并未对大体积混凝土的抗冲磨性能予以考虑，以致部分工程的承台结构出现了严重的磨蚀情况。所以为抵御水流磨蚀和含砂石水流的冲击破坏，需要对过水流面以下部位大体积混凝土的抗冲磨性能进行考虑。1.2.2 大体积混凝土研究现状随着大型桥梁工程及水利水电工程的高速发展

32、，大体积混凝土结构因为温度应力控制不力，在施工过程中产生的一系列问题逐渐引起大家重视，对于大体积混凝土内外温差及温度裂缝的控制问题也引发众多学者进行了研究工作并且取得了大量研究成果，其中：（1）大体积混凝土温度应力计算研究杨庆生等人通过基于瞬态温度场和徐变应力的有限元算法，对混凝土在凝固过程中的温度场与应力场时变规律进行了数值仿真和分析。发现实际大体积混凝土内部所产生的最高温度，大多发生在混凝土浇筑后35天，而在浇筑7天左右混凝土内开始出现广泛分布的温度应力超强度区域，之后随着内外温差的逐渐趋于平稳超强度的区域将逐渐减小，应力超强度区域大部分分布在应力集中的结构边界处。提出调整混凝土外部保温层

33、，通过改善内外温差状况来控制应力超强区域的拉应力水平12。（2）大体积混凝土施工温度控制研究张研等人根据某工程中大体积混凝土因受到外部约束较大而引发易开裂的特点，从而引入了考虑混凝土材料自身早期性能的热力学模型、热传导原理和等效时间理论，建立出相应的有限元求解方法13。在此模型基础上对不同工况进行了有限元温度场和应力场的仿真分析，从而得出最佳的施工方案。结果表明，采用预埋冷却水管进行降温的措施可有效降低内外温差及最大温度应力。现场监控数据表明，通过数值仿真分析编制合理的施工方案对大体积混凝土的开裂控制具有指导意义14。目前大体积混凝土施工规范（GB504962009）规定：1.混凝土浇筑块体的

34、内外温差不宜大于25；2.混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0/d；3.混凝土浇筑体表面温度与大气温度间温差不宜大于20。面对上述规定，施工单位常采用上述预埋冷却水管的措施进行降温，然而为了把混凝土内部温度降低，使内外温差在规范范围以内，实际操作过程中在降低冷却水温度的同时，亦加大了冷却水与冷却水管周围混凝土之间的温差，使得管壁周边混凝土在短期内产生了较大的温度应力。朱伯芳院士的研究指出，水管冷却方式对混凝土内温度应力影响极大15-16，改进后小温差、早冷却的冷却方法，与传统的大温差、晚冷却的冷却方式相比，将混凝土与水温之间的温度减少到了46，从而可大幅度提高结构整体的抗裂安全度17-18。（

35、3）大体积混凝土材料革新除了通过对传统的大体积混凝土施工方法进行改进，从而改善结构整体的抗裂性能外，众多学者也对混凝土材料本身的改善进行深入研究。史巍等人利用相变储能材料能够在相变过程中吸收大量的热量，并保持温度相对稳定的特点，提出了制备相变控温储能机敏混凝土来控制大体积混凝土温度裂缝的技术途径，即利用相变材料在特定温度范围中产生的相变，吸收混凝土内部的部分热量，从而实现对大体积混凝土内部温度场的有效控制，通过降低内外温差进而减小大体积混凝土内部的温度应力。采用石蜡作为相变材料，将石蜡作为集料采用等体积代砂法掺入，该研究测试了石蜡体系相变控温混凝土作用下的中心温度场分布改善状况，测试了石蜡体系

36、相变控温混凝土的力学性能及耐久性能。研究结果表明：混凝土中掺入石蜡后，其抗压强度发生降低而抗渗性则有所提高；掺入石蜡后，大体积混凝土内部的温峰值减小，升温速率以及降温速率都有所下降19。张永娟等人将有机膨润土与癸酸复合，处理成为砂粒状的相变砂，将其作为集料提高了相变材料与胶凝材料间的兼容性。文中探讨了相变砂的细度及掺量对混凝土工作性能、力学性能及耐久性的影响。同时，采用有限元分析方法计算了相变砂对大体积混凝土温控效果的影响。研究表明：相变砂作为集料掺入混凝土和易性较好；在相变砂对普通河砂的取代量为25%时，可以满足坍落度和强度的要求；当相变砂掺入过多时，混凝土工作性能及力学性能下降明显，对于耐

37、久性能则无明显影响。通过有限元软件对掺入相变砂后大体积混凝土的温度场分析发现，混凝土内部中心温度降低了4.5 20。高桂波研究发现混凝土水灰比、含气量、粉煤灰掺量等因素的变化对混凝土的热膨胀系数均会产生一定影响，而通过掺加碳纤维等功能材料对混凝土的导热系数也会带来改善作用。然而在常规配合比设计条件下，混凝土材料的热膨胀特性及导热特性的调控幅度均相当有限，并无法对大体积混凝土结构的温度变形及温度梯度带来明显的改善效果。同时，他还研发出了烷酸类相变微胶囊材料和相变导流体的制备方法，并探明了相变材料替代冷却水管降低大体积混凝土内部温升的可行性，即当相变材料掺量为水泥质量的10%时，可实现混凝土内部温

38、升降低59%21。然而上述研究成果应用于目前的大体积混凝土施工依然存在这样或那样的问题，因为没有准确地与材料本身的特性相结合，往往并不能代表真实的施工情况；由于目前各单位施工队伍质量的参差不齐，对于冷却水通水降温的时机及水温的掌控时常达不到控制要求，经常发生局部降温过快而引发开裂的状况产生；对于相变蓄热大体积混凝土材料的研究目前还处于起步阶段，实际应用过程中还存在材料造价高、制备工艺复杂以及施工不易控制的特点，尚无法大规模进行工程应用。鉴于现阶段我国建设工程的特点，众多施工单位的设备装备水平以及施工人员的技术水平有限，复杂施工工艺的引入并不适合大规模的推广使用，所以急需从原材料的优化设计入手，

39、开发出一种简单易行的大体积混凝土抗裂设计技术。1.3 本文研究内容本文提出了一种”低温升抗裂大体积混凝土配合比设计与大体积混凝土梯度结构优化设计”的设计方案，在最大程度抑制结构内部水化温升的同时，增强结构边部的抗裂性能（抗冲磨性能）。综合采用温升控制和增强混凝土物理力学性能相结合的方式，解决桥梁工程中广泛出现的大体积混凝土开裂技术难题，提高桥梁工程的服役寿命。本文进行的主要研究内容有：（1）入模温度对胶凝材料组份及胶凝材料体系水化放热特性的影响研究及不同入模温度下的大体积混凝土绝热温升计算方法修正；（2）提出低温升抗裂大体积混凝土配合比设计方法，并给出适用于不同结构部位的大体积混凝土配合比；（

40、3）提出大体积混凝土结构梯度设计方法，形成”低温升抗裂大体积混凝土配合比设计与大体积混凝土梯度结构优化设计”的大体积混凝土结构综合抗裂设计方案；（4）低温升抗裂大体积混凝土技术在实际工程中的应用效果。第二章 入模温度对大体积混凝土绝热温升的影响众多工程实践发现，大体积混凝土在不同入模温度下浇筑施工，其结构内部温度场的状况差异明显。研究发现混凝土入模温度越高对水化反应的促进作用愈强，胶凝材料的放热速率和大体积混凝土结构内部的绝热温升也有明显的提高，而低入模温度则会对胶凝材料的水化放热起到抑制作用22。大体积混凝土规范当中仅对不同种类矿物掺合料及不同掺量条件下的胶凝材料水化热计算给出相应计算公式，

41、而公式中并未考虑入模温度的影响23。本章综合考虑胶凝材料中矿物掺合料种类、相对掺量及入模温度，对不同入模温度对大体积混凝土绝热温升及胶凝材料体系水化反应的影响进行深入研究，并对混凝土绝热温升的计算公式进行修正。2.1 试验设备及原材料2.1.1 实验设备（1）TAM Air型水化微量热仪对胶凝材料体系的放热规律研究采用的是美国TA公司生产的TAM Air型水化微量热仪。该设备可对水化放热速率及放热量进行测定，测量精确度为20W，测试温度范围为5-90，可实现对本研究中设计入模温度条件下胶凝材料水化放热特性的研究。 图2-1 TAM Air型水化微量热仪（2）XRD采用日本Rigaku（理学）公

42、司生产的D/Max-RB型X射线粉末衍射仪定性分析水化产物，XRD测试采用铜靶，电压40kV，电流30mA，扫描范围1080o，扫描速度10o/min，步长0.02o。（3）SEM采用日本电子株式会社（JEOL）生产的JSM-5610LV型扫描电子显微镜观察样品形貌，仪器加速电压为20kV。2.1.2 实验原材料（1） 水泥：安徽“海螺”P.O 42.5R水泥，其化学成分和物理性能指标见表2-1，表2-2。表2-1 水泥的化学成分（%）成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOTiOMgOSO3Loss水泥23.735.884.0558.533.312.112.39表2-2 水泥的物理性能指标细度

43、（0.08mm筛余）凝结时间(min)抗压强度（MPa）安定性初凝终凝3d28d2.7%18324630.548.9合格（2） 矿粉：浙江拓翔建材S95级，比表面积400m2/kg，实测比表面积为428 m2/kg。表2-3 矿粉的化学成分（%）成分SiO2Al2O3MgOCaOTiOFe2O3SO3Loss矿粉34.6210.128.7141.530.433.020.701.7表2-4 矿粉的主要性能指标烧失量细度（0.045mm方孔筛筛余）需水量比4.14.892（3） 粉煤灰：浙江长兴电厂I级灰，其化学成分和主要性能指标见表2-5及表2-6。表2-5 粉煤灰的化学成分成分SiO2Al2O

44、3MgOCaOTiOFe2O3SO3Loss粉煤灰45.7635.252.783.314.725.180.513.5表2-6 粉煤灰的主要性能指标烧失量细度（0.045mm方孔筛筛余）需水量比0.75895（4） 减水剂：浙江五龙ZWL-A-IX聚羧酸，固含量为37，减水率为28.6%。2.2 入模温度对胶凝材料水化放热特性的影响工程实例及相关研究表明，胶凝材料的水化放热速率以及混凝土的绝热温升与混凝土施工时的入模温度密切相关，随着入模温度的升高，胶凝材料的水化放热速率、放热量均会有不同程度的增长24。在大体积混凝土施工过程中，为了抑制水化升温，常使用矿物掺合料超量取代水泥，本节对矿物掺合料单

45、掺及复掺状况下的胶凝材料体系在不同入模温度条件下的水化反应速率及放热量进行研究25-26。在大体积混凝土的施工过程需使用大量水泥、粉煤灰和矿粉等胶凝材料，而现场拌合楼所用的这些胶凝材料大多情况下都是随进随用，所以存放在贮仓里的胶凝材料温度常超过60，如遇大方量混凝土浇筑昼夜施工时，胶凝材料都未能经过冷却即进行使用，温度高达90以上，使用如此高储存温度的胶凝材料拌合出来的混凝土，除了极端地区或极端天气条件下，混凝土的入模温度一般会高于1527，考虑到不同季节施工时，混凝土的入模温度差异较大，故本文选取了15、25、35三个温度段，对不同入模温度对胶凝材料体系水化反应的影响进行研究。2.2.1 矿物掺合料换算放热量及放热取代系数矿物掺合料水化活性不及纯水泥，因此通常情况下不直接测定其水化放热量。但矿物掺合料中的活性氧化硅、氧化铝等会与水泥水化反应后析出的Ca(OH)2发生二次水化反应，Ca(OH)2作为碱性激发剂，极大地促进了矿物掺合料的水化反应，而Ca(OH)2的含量与水泥掺量密切相关。因此，本文利用矿物掺合料换算放热量及放热取代系数分别来表征在不同水泥掺量条件下，单位质量矿物掺合料自身的水化放热特性28。矿物掺合料换算放热量及放热取代系数计算公式按下式进行： (2-1) (2-2) 其中：C单位质量水泥放热量(J/g)X矿物掺合料掺量(g)G单位质量胶材放热量(J)M