混凝土水化热过程

混凝土水化热过程

水泥矿物中的有效成份：硅酸二钙、三钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙与水反应生成各自的水化产物，水化产物相互渗透、交叉成网状结构，最后成石状体，产生强度。铝酸三钙水化速度最快，在没有石膏的情况下，水泥一加水，铝酸三钙立即水化形成铝酸盐结晶体，使水泥快速凝结，因此普通水泥中要加入5%左右的石膏作为调凝剂，其次是铁铝酸四钙、硅酸三钙、硅酸二钙，硅酸二钙水化速度最慢

水泥的水化：水泥调水后，成为具有胶凝性质的浆体，经凝结逐渐变成坚硬的石状体。又称水泥的凝结硬化。

硅酸盐水泥拌合水后，四种主要熟料矿物与水反应。分述如下：

①硅酸三钙水化

硅酸三钙在常温下的水化反应生成水化硅酸钙(C-S-H凝胶)和氢氧化钙。

3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2

②硅酸二钙的水化

β-C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢而已。

2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2

所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与C3S水化生成的都无大区别，故也称为C-S-H凝胶。但CH生成量比C3S的少，结晶却粗大些。

③铝酸三钙的水化

铝酸三钙的水化迅速，放热快，其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大，先生成介稳状态的水化铝酸钙，最终转化为水石榴石

（C3AH6）。

在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形成的三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石，常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。

④铁相固溶体的水化

水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。其水化反应及其产物与C3A很相似。

一般来说，水泥的水化过程从heat evolution rate 的角度来讲，可以分为三个阶段：第一阶段可以称为dormnant period,在初始时刻，水泥颗粒和水接触并反应，放热率很快，但是由于石膏的存在，在水泥粒子的表面会形成一层钝化模，使放热率降低，第二阶段可以称为phase-boundary reaction阶段，这一阶段水泥水化热释放率最快，水泥颗粒也随之增长很快，第三阶段可以称为diffusion control 阶段，水泥的水化产物在水泥粒子的表面堆积的厚度逐渐增厚，水泥的水化放热率逐渐降低，这个时候的反应由扩散控制。m6K)[¬p5p7O9j \

上面的一部分关于放热的，在水化的初期，水泥粒子之间为彼此分离的，水泥处于suspension state，不存在强度，在水泥粒子不断水化增长的过程中，水泥粒子之间的接触面积逐渐增大，这一微观现象的宏观表现即为水泥强度的增长。粒子之间的接触面积越大，水泥的抗压强度，弹性模量也增大。至于chemical shrinkage,是由于水泥水化的过程中，反应物的体积大于产物的体积，造成air pressure 的降低，毛细孔的水压力发生变化，毛细孔的毛细管水压力作用于骨料，造成chemical shrinkage。_ F,s-C Q S$P i g/} O 第三部分为大体积混凝土，可能以后我也会算一下大体积混凝土，大体积混凝土我自己觉得第一，是温度对于水化发热率的影响，一般通过爱伦尼务思方程可以考虑，第二，在高温状态下，水泥水化的产物的孔隙率要大于常温状态，可能会影响水泥粒子和骨料的黏结，影响混凝土的强度。

其实大体积混凝土我觉得采用有限元法，来求解三维的放热偏微分方程（抛物线形方程）,重点在于水泥水化放热的机理，强度的增长过程。abaqus算是帮助用户建立了一个单元刚度矩阵，仅此而已，如果水化放热的每一个细节都很清楚，可以不采用软件，自己弄一个程序我觉得更好，不用强调非ansys，abaqus，adina不可。*u3a8a n3c y)I