水胶烘干温度，无水碳酸钠烘干温度

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概括

采用低热中热水泥配制二级普通混凝土和坝四级混凝土，并比较低热中热水泥混凝土的性能，为低热水泥的综合应用提供依据大坝主体结构混凝土中的水泥。该项目采用宏观性能研究与亚微观分析相结合的方法，研究低热水泥混凝土的力学性能、变形性能和绝热温升，以及低热水泥-粉煤灰浆体的亚微观结构。结果表明，低热水泥与不同类型骨料具有良好的相容性，可配制出性能优良的水工混凝土。低热水泥混凝土具有早期强度低、后期强度增长率高的特点，其干收缩值略低于中热水泥混凝土，其自生体积变形与中热水泥混凝土相当，可显着降低混凝土早期绝热温升。采用扫描电镜分析了掺有35粉煤灰的低热和中热水泥胶凝体系的水化产物和微观结构，并通过能谱分析研究了水化产物中CaOH2晶体的元素含量。结果表明，低热水泥胶凝体系后期水化产物中仍可见一定量的CaOH2晶体，不存在缺钙现象；水泥混凝土后期强度优于中热水泥混凝土的原因。低热水泥可以安全地应用于大坝主体结构的混凝土中。

关键词

水工混凝土；低热水泥；表现；保湿；

关于作者

陈改新1966年—男，高级工程师，硕士，主要从事水工建筑材料的科研、开发与应用。邮箱hengxiwhrcom；

刘艳霞1977—女，高级工程师，博士，主要从事新型水工材料研发及水工混凝土性能研究。邮箱liuyxiwhrcom；

基金

国家重点研发计划2016YFB0303601；

SM0145B632017，中国水利水电科学研究院“五大人才”创新项目；

引用

陈改新，刘艳霞，纪国金，等。低热硅酸盐水泥在水工混凝土中的应用研究J水利水电技术中英文，2021,5212:191-200

陈改新，刘艳霞，纪国金，等。低热硅酸盐水泥在水工混凝土中的应用研究J水利水电工程，2021，5212:191-200

0前言

近年来，白鹤滩、乌东德水电站相继开工建设。这些工程规模巨大，地下洞室混凝土用量较大。大坝均为混凝土双曲拱坝，受力条件相对复杂。该工程对混凝土的耐久性、抗裂性提出了更高的要求。与此同时，随着工程建设的深入和扩展，水电工程的建设条件更加复杂，使用环境更加严峻。对水泥基材料的性能提出了更高的要求。选择合理的原材料和配合比参数对于保证混凝土的性能至关重要。整体性能至关重要。低热硅酸盐水泥以硅酸二钙为主要矿物，具有熟料烧成温度低、环境污染少的特点。是一种低热、高性能、节能环保水泥。低热水泥成功应用于三峡工程三期围堰及引水底孔混凝土施工；此外，低热水泥还在瀑布沟水电站、深西沟水电站、溪洛渡水电站得到成功应用。三峡工程以来，三峡、小湾、向家坝工程的大坝混凝土均采用“中热硅酸盐水泥掺一级粉煤灰，结合高效减水剂和空泡剂”的混凝土配制技术。夹带剂”。虽然工程中已经使用了低热水泥，但全坝混凝土中尚未使用。对于低热水泥混凝土和中热水泥混凝土的性能也缺乏系统的比较研究。本文以玄武岩骨料二级普通混凝土和低热水泥配制的石灰石骨料坝四级混凝土为例，综合分析低热水泥混凝土与中热水泥混凝土的性能差异。以中热水泥为例。同时利用扫描电镜研究了掺入35粉煤灰的低热水泥和中热水泥胶凝体系的水化特性。+35粉煤灰胶凝体系不存在贫钙题，为特高坝全坝混凝土使用低热水泥提供了技术支撑。

1试验原料及配合比

11种原料

试验主要原料为标记为LA、LB的两种425低热硅酸盐水泥和标记为MA、MB的425中热硅酸盐水泥，标记为PF、XF的两种级粉煤灰，2级粉煤灰标记为PF和XF。玄武岩人工骨料和四级配石灰石人工骨料、高性能减水剂、高效减水剂和引气剂以及水泥的化学成分和物理性能见表1和表2。

12混合比例

以C9035二级普通混凝土和C18035大坝四级混凝土为例，比较低热和中热水泥对混凝土性能的影响。其中，二级普通混凝土采用二级玄武岩骨料、PF粉煤灰和高性能减水剂，坍落度控制在60-80毫米，含气量控制在45-55；四级坝混凝土采用四级石灰石骨料、XF粉煤灰和萘基高效减水剂，坍落度控制在30-50毫米，含气量控制在40-50。

混凝土配合比见表3。玄武岩骨料和石灰石骨料配制的混凝土拌合料具有良好的和易性，能够满足施工要求。其中，二级混凝土使用相同减水剂时，低热水泥混凝土用水量比中热水泥混凝土低4kg/m3；当大坝四级混凝土使用相同用水量时，低热水泥混凝土用水量比中热水泥低。这说明低热水泥混凝土的用水量低于中热水泥混凝土。

2测试结果

21机械性能

211抗压强度

混凝土抗压强度试验结果见表4和图1所示。从试验结果可以看出，低热、中热水泥配制的混凝土抗压强度满足相应的设计强度要求，但力量发展规律却存在差异。低热水泥混凝土7d、28d强度低于中热水泥混凝土，90d、180d强度超过中热水泥混凝土。以28天龄期为基础，计算各龄期混凝土抗压强度的增长率。结果表明低热水泥混凝土7天抗压强度增长率为3542，中热水泥混凝土7天抗压强度增长率为5658；低热水泥和中热水泥混凝土90天抗压强度增长率分别为156171、130157；180天时分别为181~197、151~176。因此，低热水泥混凝土具有早期强度低、后期强度高的特点。原因是与中热水泥相比，低热水泥中C3S熟料矿物含量明显减少，而C2S熟料矿物含量增加。C2S熟料矿物的早期水化率较低，但对水泥后期强度的贡献较大。

图1不同龄期混凝土的抗压强度

212分裂拉伸强度和轴向拉伸强度

混凝土劈拉强度和轴拉强度试验结果见表5。混凝土劈拉强度和轴拉强度的发展规律与抗压强度一致。与水胶凝剂相比，低热水泥7d劈裂强度和轴拉强度较低，但90d和180d时高于中热水泥混凝土。混凝土的抗拉强度是表征混凝土抗裂性能的重要参数。抗拉强度越高，对混凝土的抗裂性能越有利。从抗拉强度来看，低热水泥混凝土的抗裂性能优于中热水泥混凝土。

22变形特性

221极限拉伸值

极限拉伸变形是混凝土在轴向拉力作用下发生断裂时的应变值，是评价混凝土抗裂性能的重要指标。二级和四级混凝土的极限拉力值列于表6。从表中可以看出，相同强度等级的低热水泥混凝土7d和7d时的极限拉力值28d龄期低于中热水泥混凝土，但后期极限拉力值迅速增加，90d和180d极限拉力值略高于中热水泥混凝土。说明随着龄期的增加，低热水泥混凝土在拉荷载作用下承受变形的能力增强，有利于抗裂。

222干缩率

干燥收缩是指混凝土置于不饱和空气中，因失水而产生的体积收缩，是水工混凝土的重要性能。混凝土干燥收缩试验结果如图2所示。从试验结果可以看出，在相同水胶比下，次生玄武岩骨料混凝土的干燥收缩率在53555010-6之间。180天时，四级石灰石骨料混凝土的干收缩率为53555010-6。在31632310-6之间，两种骨料的低热水泥混凝土的干燥收缩略低于中热水泥混凝土。

图2混凝土干燥收缩测试结果

223自生体积变形

混凝土的自生体积变形是胶凝材料在恒温恒湿条件下水化引起的变形。试验结果如图3所示。从试验结果可以看出，低热和中热水泥混凝土的自生体积变形在40d龄期前呈收缩趋势，此后收缩变形逐渐变为变小，60日龄左右转为微扩张型。混凝土的早期收缩变形为塑性收缩，是由于骨料在早期水化过程中吸水以及水泥的水化作用，使混凝土内部水分迁移而引起的体积收缩变形。发生塑性收缩后，水和水泥发生水化，会引起化学和物理变形，可能是膨胀，也可能是收缩，这主要由水泥的化学成分和矿物成分决定。由于本试验所用低热中热水泥的MgO含量较高，后期变形表现为膨胀型。低热和中热水泥混凝土180d龄期自生体积变形分别为14110-6和12610-6，360d龄期分别为15310-6和16510-6分别；同一龄期低热和中热水泥混凝土的自生体积变形大体接近。

图3大坝四级配混凝土自生体积变形试验结果

23绝热温升

混凝土的绝热温升是指在绝热条件下，水泥的水化热引起混凝土的温升。在混凝土绝热温升测试仪上进行绝热温升试验，实测温升过程曲线如图4、图5所示。采用最小二乘法拟合混凝土绝热温升-持续时间关系曲线，拟合表达式见表7。从试验结果可以看出，在相同水胶比条件下，低热水泥混凝土的绝热温升低于中热水泥混凝土具体的。28天龄期，洞室二级混凝土比坝四级混凝土温度低约34-40。约低19C。从低热值和中热值水泥坝混凝土随时间的温差来看，绝热温升最大温差为48，发生在3-5天龄期，其中3天温差最大为44，5天温差为48，说明低热水泥早期降温效果最明显。大坝混凝土的温升通常在浇筑后35天左右达到最高值。因此，使用低热水泥可以有效降低混凝土的最高温度，有利于混凝土的温度控制和抗裂。

图4洞室二次拌合混凝土绝热温升曲线

图5大坝四级配混凝土绝热温升曲线

3显微分析

现有研究结果表明，低热硅酸盐水泥的水化产物与普通硅酸盐水泥和中热硅酸盐水泥的水化产物基本相同。本文的微观分析旨在观察低热水泥-粉煤灰体系的水化产物和微观结构特征，以及长期水化产物中CaOH2的含量，以明确水化产物的稳定性和水化产物的稳定性。胶凝系统中缺乏钙。

31扫描电镜分析

本研究以MA中热水泥、LB低热水泥和XF粉煤灰为原料，分析了低热水泥+35粉煤灰和中热水泥+35粉煤灰胶凝体系在水化过程中的水化情况。通过扫描电子显微镜观察产品及其微观结构特征。图6-图。图8为低热LB+35粉煤灰胶凝体系水化龄期28d、90d、180d的扫描电镜照片。图9-图。图11为中热水泥MA+35粉煤灰胶凝体系水化28天、90天和180天的扫描电镜照片。从图6-图11可以看出

图6低热水泥+35粉煤灰体系28d的水化产物

图7低热水泥+35粉煤灰体系90d的水化产物

图8低热水泥+35粉煤灰体系180d的水化产物

图9中热水泥+35粉煤灰体系28d的水化产物

图10中热水泥+35粉煤灰体系90d的水化产物

图11中热水泥+35粉煤灰体系180d的水化产物

1低热水泥+35粉煤灰水化28天时，粉煤灰表面轻微侵蚀，C-S-H形成针状棒状并重叠成网状结构，并有少量CaOH2晶体孔隙中还有一定量的Aft晶体。水化90天时，仍有一定数量的针状和网状C-S-H凝胶颗粒，CaOH2晶体呈片状生长。180天龄时，水化产物堆积致密，存在细小的C-S-H凝胶颗粒，CaOH2晶体变得粗大，但仍清晰可见。可以看出，虽然粉煤灰的二次水化消耗了系统中的部分CaOH2，但系统中仍然存在一定量的CaOH2，保持了胶凝体系的稳定性。

2中热水泥+35粉煤灰水化28天时，粉煤灰表面轻微侵蚀，C-S-H重叠形成网状结构，片状CaOH2晶体散布其中。水化90天时，粉煤灰颗粒表面被水化产物覆盖，水化产物变得更加致密，孔隙率进一步降低，CaOH2晶体变粗。180天龄时，水化产物堆积紧密，不易观察早期水化产物的单个颗粒形貌。

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