混凝土组成材料对水泥水化特性的影响

正水泥水化是一个放热反应,水化放热是混凝土温升的唯一热源。研究混凝土组成材料对水泥水化特性的影响规律是制定大体积混凝土工程预防因温度应力导致贯穿性裂缝的理论基础。大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m,或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而     

海沧大桥大体积混凝土锚碇温度场有限元分析

结合厦门海沧大桥大体积混凝土锚碇分层浇筑动态施工过程,基于瞬态温度场三维有限元分析方法,应用大型通用商业软件ANSYS,考虑外界气温的周期变化、太阳辐射、水化生热、浇筑温度、分层厚度、边界条件随龄期变化及分层浇筑动态施工过程等因素,对大体积混凝土施工期和运行期的温度场进行仿真分析.分析结果表明:锚碇混凝土温度的变化过程可分为温升期、降温期和稳定期3个阶段,施工期和运行期影响混凝土锚碇温度的主要因素分别是水泥水化热和环境温度;水泥水化热是混凝土温升最根本、最直接的原因,采用低热水泥、降低水泥用量是降低水化热温升的直接手段;温度场中靠近外表面的温度梯度比较大,而内部温度梯度相对较小,应特别注意混凝土早期的内部降温、外部保温和养护.     

大体积混凝土施工期温度裂缝计算分析

混凝土水化热引起的温度裂缝是影响工程结构安全的重要因素。文中使用规范公式计算和有限元分析两种方法,对大体积混凝土施工期裂缝产生原因进行研究。结果表明水泥水化放热时间集中,混凝土在浇筑以后两到三天达到最高温度。水池池壁长边中间区域水化热温度应力较大,当温度拉应力大于混凝土抗拉应力标准值时混凝土就会开裂,这与实际结构裂缝开展情况基本一致。     

混凝土水化热对寒区隧道围岩融化及回冻过程的影响

混凝土水化热是导致围岩融化的主要热量来源之一,不同水化热放热方程(不同放热速率)对结果影响较大。本文以昆仑山隧道为例,利用有限单元法计算考虑混凝土水化热及其放热过程和不考虑水化热的隧道围岩融化回冻过程,分析水化热对围岩融化、回冻过程的影响。2种工况计算中均考虑施工过程、隧道衬砌内缘温度变化、防水隔热保温层、入模温度、相变等因素。结果表明:在寒区隧道围岩施工过程中,混凝土水化热增加了围岩的最大融化深度,同时使围岩温度升高;考虑混凝土水化热影响寒区隧道围岩回冻时间比不考虑水化热情况晚1年。     

W/C和A/C对水泥乳化沥青复合胶凝材料水化的影响

本文通过采用TAM air水泥水化热分析仪,对一定用量的水泥、乳化沥青以及水组成的复合胶凝材料浆体的水化放热进行了测试,分析了A/C(沥青水泥比)和W/C(水灰比)的变化对水泥乳化沥青复合胶凝材料的水化影响.结果表明:复合胶凝材料的水化放热速率随水化龄期的增加呈先增加后降低的趋势;增加水泥乳化沥青复合胶凝材料中乳化沥青的用量(水灰比一定,增大沥青水泥比)或用水量(沥青水泥比一定,增大水灰比),都能起到降低胶凝材料水化放热速率和延缓水化放热峰出现时间的作用,但前者的效果要比后者显著.     

桥梁锚碇基础水化热仿真模拟

以宜昌某在建大桥大型隧道锚为工程背景,利用Midas有限元分析软件对水化热产生的温度场进行计算模拟,防止由于水化热过大产生温度裂缝。分析了不同胶凝材料用量、冷却水管不同布置方式对大体积混凝土水化热的影响,并提出临界厚度。建模分析结果表明,水泥用量降低会导致水化热减少,每方混凝土增减10 kg水泥用量,会使得水化热产生的温度增减1℃。通过布置冷却水管,能够有效降低水化热,降温效果比改变胶凝材料用量要好,是降低大体积混凝土水化热直接有效的方式。提出临界厚度的概念,混凝土浇筑厚度大于临界厚度时,需要采取人为措施来降低水化热;浇筑厚度小于临界厚度时,不布置冷却水管也能使内外温差控制在规范限值之内。     

特大桥实体桥墩水化热温度控制有限元分析

应用ANSYS有限元软件,建立了广州动车段走行线特大桥桥墩施工水化热温度控制分析模型,结合监测结果,研究桥墩温度场和应力场的变化规律,并对不同浇筑温度、混凝土骨料岩性和材质模板等对水化热的影响进行分析.研究结果表明:随着浇筑温度的降低,桥墩水化热反应最高温度降低;在满足强度要求的前提下,选用石英岩作为混凝土骨料能使桥墩水化热温度最低;选用木模板可减小桥墩内外温差.     

硅酸盐水泥初始水化流变特性与结构形成研究

采用AR2000高级流变仪及无电极电阻率测定仪研究硅酸盐水泥水化的流变特性及交变电场下电阻率变化,讨论水泥品种、化学外加剂对水泥初始水化流变特性及结构形成的影响,结合硅酸盐水泥水化初始结构形成及发展的结构形成模型,建立水泥初始水化流变特性模型。研究表明：水泥初始水化储能模量变化规律为S形变化,水泥水化进入诱导期时存在结构突变;水泥初始水化流变特性规律与水泥水化结构形成与发展、物理力学性能之间存在一定关联性;缓凝型化学外加剂的引入,促进了水泥初始水化储能模量突变过程,但延缓早期水化结构的形成与发展。     

活性或惰性掺和料对复合胶凝材料水化性能的影响

采用等温量热法、X射线衍射(XRD)和化学结合水量测定等方法,研究了含有不同比例的粉煤灰或磨细石英粉的复合胶凝材料在不同养护温度条件下的水化过程,观察了水化产物量和水化程度随水化龄期变化情况。在掺量相同时,矿物掺和料的种类变化不会对复合胶凝材料的初期水化过程有明显影响,其反应过程仍由其中所含硅酸盐水泥控制。活性的粉煤灰可延迟复合胶凝材料的水化反应,而惰性的石英粉则不会。热激发作用可显著促进粉煤灰的火山灰反应,但对于硅酸盐水泥的长期水化反应有抑制作用。热养护能促使水化初期生成的高含水率的CSH向低含水率的CSH变化;粉煤灰的火山灰反应生成的也是含水率较低的CSH凝胶。     

速凝剂主要组成对水泥水化影响机理研究

研究目的:速凝剂是喷射混凝土施工中重要的材料,偏铝酸钠(NA)和硫酸铝(AS)作为有碱和无碱速凝剂的主要组分,对喷射混凝土性能影响显著。为系统研究速凝剂主要组成对水泥水化影响机理,本文通过凝结时间、等温量热仪、XRD-Rietveld全谱拟合及扫描电子显微镜研究偏铝酸钠(NA)和硫酸铝(AS)对水泥水化历程、特征水化产物及水泥石微结构的影响。研究结论:(1) NA和AS提高了水泥早期水化放热速率及放热量,大幅度加速了水泥的凝结;(2)掺入NA和AS显著加速了C_3A的水化速率并分别生成以六角板状AFm及棱柱状AFt为主的特征水化产物;(3) NA和AS加速了C_3S早期水化,但是早期特征水化产物AFm和AFt抑制了C_3S后期进一步水化,使得1 d和3 d后C_3S水化速率相对于空白组明显放缓;(4)掺入NA和AS明显提高了水泥早期水化速率,但降低了后期水化速率,使得C-S-H凝胶生长不充分,EDS显示养护28 d后水泥石中C-S-H凝胶Ca/Si均高于空白组,这是由于掺入NA和AS早期生成的致密水化产物层包裹了水泥矿物,从而延缓了后期水化进程;(5)本研究成果可为喷射混凝土早期水化特征及强度发展规律研究提供理论依据。     

水泥水化反应与混凝土自收缩的动力学模型

基于水泥的多组分和多尺度水化反应的原理,分别建立了水泥的水化反应和混凝土自收缩的动力学模型。这2个模型均采用两阶段的经验公式,分别用于模拟水化反应和自收缩的快速发展阶段与平稳变化阶段。实测数据检验结果表明,这2个模型可以用于模拟硅酸盐水泥的等温水化放热曲线,以及用硅酸盐水泥配制的混凝土的自收缩发展过程。     

酸雨侵蚀下的水泥石组成变化分析

采用EDTA容量法、动物胶凝聚重量法、碘量法和X射线衍射分析纯水泥、掺矿粉、粉煤灰以及掺有SBR的水泥石的化学和矿物组成。研究结果表明:在考虑实际酸雨组成和自然气候因素的模拟条件下,水泥石中CaO和SO3组分的相对含量大幅度降低;SiO2,Fe2O3和Al2O3组分的相对含量大量增加;侵蚀后的水泥石中原来存在的物质Ca(OH)2,C-S-H凝胶,水化铝酸钙和水化铁酸钙凝胶等消失,没有发现钙矾石、硫酸钙等膨胀性物质大量生成,而SiO2以晶相存在;酸雨对水泥石的侵蚀是Ca(OH)2,C-S-H凝胶、水化铝酸钙和水化铁酸钙凝胶等水化产物的不断溶蚀过程。不同配比的水泥石经受酸雨侵蚀后组成变化的规律基本相似。     

复掺钢渣和粉煤灰对透水混凝土性能的影响

研究了复合引入炼钢废渣和粉煤灰对透水混凝土性能的影响,并对透水混凝土的透水系数和强度进行了分析。结果表明:粉煤灰、钢渣和水泥作为胶结料复合使用,对各物料的水化反应起到促进作用。当粉煤灰掺量为15%、钢渣掺量为10%时,透水混凝土28 d抗压强度和透水系数均较高。粉煤灰和钢渣复合加入,使胶结料连接桥更致密,强度更高。     

夏季炎热气候条件下高性能混凝土试验研究及应用

通过大幅度调整混凝土水泥用量,减少水化热,降低水泥的水化速度,从混凝土自身内因上最大限度降低和缓解了高性能混凝土夏季施工所产生的问题。     

钢管微膨胀混凝土的水化热与限制膨胀性能分析

以膨胀剂掺量为基本参数,对不同水化热温度影响下的5根钢管微膨胀混凝土构件的膨胀性能和应力场进行了研究,考察了水泥水化阶段钢管微膨胀混凝土构件温度场及其核心混凝土的限制膨胀特性.结果表明,钢管微膨胀混凝土构件截面温度场的变化规律与普通混凝土构件类似;核心混凝土中掺加膨胀剂,补偿收缩效果明显,并且在钢管的限制作用下产生了一定的预压应力.根据试验结果,分析了核心混凝土限制膨胀的应变特点及其影响因素,研究了核心混凝土预压应力的产生、分布特点及其与膨胀剂掺量的关系,为钢管微膨胀混凝土的优化设计提供了依据.     

水泥-矿渣体系两类C-S-H凝胶体积分数的定量计算

水泥一矿渣二元体系水化产物体积分数的定量计算是理论预测其微结构发展的重要基础。根据水泥一矿渣水化反应特征,文中给出了详细的计算表达式;采用热重一差示扫描量热（TG-DSC）综合分析手段来验证所提表达式的合理性,并根据Jennigs—Tennis模型（简称J—T模型）,给出了低密度和高密度C-S—H凝胶体积分数的定量计算公式,对水泥．矿渣二元体系中两种凝胶的相对量进行定量计算。结果表明：水泥一矿渣二元体系中矿渣完全水化的最佳掺量为54．4％,两种凝胶的相对量随矿渣掺量的增加而增加。     

矿渣微粉在水泥基材料中的作用时效及其微结构演变规律

为探究矿渣在水泥基材料中作用时效及其微结构演变规律,采用宏观性能测试和微观结构分析相结合的方法,通过对比方法研究了掺入不同掺量的矿渣以及与矿渣粉粒径相近的石英粉后对复合硬化浆体的强度、物相组成以及微观形貌的影响规律。结果表明:3 d时矿渣微粉在复合浆体中仅起微集料的物理填充作用,7 d时矿渣粉的火山灰效应显现,硬化浆体密实度逐渐提高,28 d时矿渣-水泥复合组分(掺量分别为10%、20%、30%、50%)的硬化浆体强度分别为纯水泥试样的113.87%、120.94%、124.10%、115.18%;宏微观结果表明:矿渣的最佳掺量为30%且不超过该临界值时,其复合胶凝材料总的水化产物数量变化不大,此外,养护7 d和28 d时矿渣-水泥复合组分的水化产物结晶点较对比组增多且结晶体尺寸小,排列紧密,结构整体较纯水泥组分和石英粉-水泥复合组分致密。     

高铁简支钢管拱桥拱座大体积混凝土水化热及温控措施研究

混凝土梁钢管简支拱桥因其拱座构型复杂、混凝土体积较大,在浇筑过程中可能产生过大的水化热,从而导致结构出现裂缝,影响其耐久性和承载力,因此有必要对其进行分析并采取温度控制措施。针对某高铁线144 m尼尔森体系简支拱桥拱座水化热问题,采用有限元软件MIDAS/FEA建立仿真模型,分析冷管布置、入水流量、入水温度与通水时间对内部水化热冷却效果的影响,并确定该实际工程的最优冷管参数。研究结果表明:布置冷却水管是一种有效的水化热温度控制措施;合理选取冷管参数可以有效降低拱座大体积混凝土中水化热温度,避免混凝土开裂;有限元仿真与实测值最大温差不超过4℃,说明有限元仿真可以较为准确地模拟结构内部因水化热引起的温度与应力变化情况。     

大体积混凝土承合水化热及温控措施研究

为了确保大沙沟特大桥的大体积混凝土承台冬季施工达到施工要求,采用有限元程序Midas/Civil按照一次浇筑施工、冷却管布置、水流情况及各种不同边界情况进行水化热温度场和温度应力数值分析,并对影响水化热的内外部因素进行了优化分析。采用优化后的数据,承台的实测数据与理论值吻合较好,承台混凝土水化热产生的温度梯度和应力都较小,最大温差在规范要求范围之内,保证了承台的施工质量。     

铁路工程大体积混凝土的水化热及裂缝控制

铁路工程大体积混凝土的温度裂缝是影响混凝土结构安全性和耐久性的重要因素。本文首先总结了铁路工程大体积混凝土水化热的影响因素,然后从水化热温升的控制、浇筑阶段施工温度的控制及养护阶段混凝土内外温差的控制3个方面分析了现有抑制铁路工程大体积混凝土温度裂缝的措施。最后指出了现有抑制铁路工程大体积混凝土温度裂缝过程中存在的问题。