水化热绝热温升：
W
Q0
θ0=WQ0/（ρC）
式中：θ0混凝土最终绝热温升； W混凝土水泥用量； Q0水泥水化热总量； ρ混凝土容重； C混凝土比热。 混凝土水化热温升计算很复杂，主要有三种：解析法、差 分法、有限单元法。
混凝土的温度随水化热的逐渐释放而升高. 入仓温度和气温的温差、浇筑块顶面、水管冷却以及基岩的吸热作 用也有一定的影响。 当散热条件较好时，水化热造成的最高温度升高值并不大，也不致使 混凝土产生较大裂缝。 当混凝土的浇筑块尺寸较大时，其散热条件较差，由于混凝土导热性 能不良，水化热基本上都积蓄在浇筑块内，从而引起混凝土温度明显 升高，温度可达60～80℃。
• 石膏调节凝结时间的原理： • 石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙 针状晶体（钙矾石）。该晶体难溶，包裹 在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍 水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来， 从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。 所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作 用。
• 铁铝酸四钙的水化，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。 • 4CaO.Al2O3.Fe2O3+2H2O=3CaO.Al2O3. H2O+CaO.Fe2O3.H2O
水泥各种矿物成分水化热
龄 期(d) 矿物成分
单位：cal/g完全水化3源自C3SC2S C3A C4AF
7 110
25 158 60
28 116
40 209 90
90 124
44 222 99
180 135
50 245
97
15 141 22
160
79 254 136
矿物组成对水泥性能的影响 水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比 例，水泥的性质即发生相应的变化。
硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧 化钙晶体。该水化反应的速度慢，对后期 龄期混凝土强度的发展起关键作用。水化 热释放缓慢。产物中氢氧化钙的含量减少 时，可以生成更多的水化产物。 2CaO· SiO2+nH2O=xCaO· SiO2· yH2O+(2 -x)Ca(OH)2
• 铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。该水 化反应速度极快，并且释放出大量的热量。 如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生 闪凝现象，水泥将无法正常使用。通常通 过在水泥中掺有适量石膏，可以避免上述 问题的发生。 • 3CaO.Al2O3+6H2O=3CaO.Al2O3.6H2O
• 3.水化热 如三峡525#中热硅酸盐水泥，其水化 热为:3天230kJ/kg，7天265kJ/kg。 • 水泥的水化热是由水泥水化作用产生的，因其中 包括水化、水解和结晶一系列作用，故水泥的水 化热实际为水泥的硬化热。 • 水化热的大小与放热速率首先取决于水泥的矿物 组成，矿物的水化速度愈快，则水化热量愈大。 铝酸三钙的水化热与放热速率最大，铁铝酸四钙 和硅酸三钙次之，硅酸二钙最小。 • 水化速度：C3A ＞C3S ＞ C4AF ＞ C2S • 水化热： C3A ＞C3S ＞ C4AF ＞ C2S • 水泥的水化热由试验确定。若在已知水泥矿物成 分的情况下，无水泥水化热试验资料，则可由水 泥各种矿物成分的水化热进行估算。
由于混凝土温度高于外界气温，随着时间的延续，热量慢慢向外界散 发，块体内温度逐渐下降。这种自然散热过程甚为漫长，大约要经历 几年以至几十年的时间水化热才能基本消失。此后，块体温度即趋近 于稳定状态。
在稳定期内，坝体内部温度基本稳定，而表层混凝土温度则随外界温 度的变化而呈周期性波动。 由此可见，大体积混凝土温度变化一般经历升温期、冷却期和稳定期 三个时期 。
大
慢
小 早期低
最快
最大
快
中
强度
高
低
低
后期高
• 二．水化反应：水泥水化反应是一个很复 杂的过程。 • 1.水化机理：水泥颗粒与水接触时，其表面 的熟料矿物立即与水发生水解或水化作用， 生成新的水化产物并放出一定热量的过程。
• 2.各种矿物的水化反应： • 硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧 化钙晶体。该水化反应的速度快，形成早 期强度并生成早期水化热。 3CaO· SiO2+nH2O=xCaO· SiO2· yH2O+(3 -x)Ca(OH)2
• 通常水泥等级越高，水化热度越大。凡对水泥起 促凝作用的因素均可提高早期水化热。反之，凡 能延缓水化作用的因素均可降低水化热。
• 水化热大的水泥不得在大体积混凝土工程中使用。在 大体积混凝土工程中由于水化热积聚在内部不易散发 而使混凝土的内部温度急剧升高，混凝土内外温差过 大，以致造成明显的温度应力，使混凝土产生裂缝， 严重降低混凝土的强度和其它性能。但水化热对冬季 施工的混凝土工程较为有利，能加快早期强度增长， 使抵御初期受冻的能力提高。
玻璃体：
（二）硅酸盐水泥熟料的矿物组成
CaO
3CaO· SiO2
生料
800℃左右
SiO2
800～1450℃ 化合反应
2CaO· SiO2
分解反应
Al2O3
3 CaO · Al2O3
Fe2O3
4 CaO· Al2O3· Fe2O3
矿物名称
硅酸三钙 硅酸二钙
铝酸三钙
铁铝酸四钙
与水反应速度
水化放热量
快
水泥水化反应
一.水泥熟料矿物组成
硅酸三钙： 3CaO· SiO2 (C3S) 硅酸盐矿物~75% 硅酸二钙： 2CaO· SiO2 (C2S) 铝酸三钙： ~95% 3CaO· Al2O3 (C3A) ~22% 铁铝酸四钙： 4CaO·Al2O3 · Fe2O 3 (C4AF) 其它： 游离氧化钙：f-CaO 熔剂矿物 方镁石：（即结晶氧化镁）
• 由图可知 • △T=Tm-Tf=Tp+Tr-Tf
• 由于稳定温度Tf值变化不大，所以要减少 温差，就必须采取措施降低混凝土土入仓 温度Tp和混凝土的最大温升Tr。
电镜下的水泥水化产物图
采用发热量较低Q0的水泥和减少单位水泥 用量W ，是降低混凝土水化热温升的最有 效措施。
本讲结束！
• 硅酸三钙↑——高强水泥
• 铝酸三钙、硅酸三钙↓ 硅酸二钙↑ • 铁铝酸四钙↑——抗折强度↑——道路水泥
—水化热↓——大坝水泥
• 三．温度变化过程 • 水泥在凝结硬化过程中，会放出大量的 水化热。水泥在开始凝结时放热较快，以 后逐渐变慢，普通水泥最初3d放出的总热 量占总水化热的50%以上。水泥水化热与 龄期的关系曲线如图所示，图中Qo为水泥 的最终发热量(J/kg)，其中m为系数，它与 水泥品种及混凝土入仓温度有关。