复合胶凝材料体系在低温混凝土中水化动力学研究

混凝土耐久性研究的核心问题是解决"南锈北冻"，传统中对于其冻害的研究主要侧重于早期施工技术、后期性能以及单一组份的水化产物研究，而对其胶凝材料内在水化机理研究很少，尤其缺乏对低温条件下复合胶凝材料体系水化机理的研究，造成很多对于混凝土冻害防治"治标不治本"，本项目在常温水化动力学研究的基础上，针对低温混凝土研究现状，在科学确定低温条件下复合胶凝材料体系和复杂水化溶液环境的基础上，采用综合测试手段，研究其反应速率常数K、反应级数n、表观活化能Ea等水化动力学表征参数，通过计算机模拟，建立复合胶凝材料体系在低温混凝土复杂水化溶液环境中的水化动力学模型，进而揭示低温混凝土中复合胶凝材料体系各组分水化过程、相互作用规律和控制机理，为低温混凝土冻害机理的研究、防治提供理论依据。

混凝土的冻害是导致其劣化的主要因素，预防早期冻害的关键是对其早期内部水化机理研究，目前研究多集中于单一水泥体系水化机理。随着混凝土技术的发展，人们越来越多的认识到各组分影响的简单叠加不再适用于实际工程，需要开展复合胶凝材料体系低温状态的水化机理研究，其中最迫切的是掺合料对胶凝材料体系水化动力学影响的研究。通过对低温早期混凝土内部水化动力的改善，加快早期水化进行，从而有效预防低温混凝土的早期冻害。本项目主要从三个方面展开了研究：优化复合胶凝材料体系的组成；确定复合胶凝材料体系水化动力学的表征参数；揭示水化动力学的反应特征。.在优化复合胶凝材料体系组成的过程中，根据冬季施工特点，项目进行了硅灰+硅酸盐水泥、粉煤灰+硅酸盐水泥和矿渣+硅酸盐水泥复合胶凝体系最优成分百分比确定，研究了复合胶凝材料体系在纯水以及亚硝酸纳溶液这两种水化环境中的力学性能变化。.复合胶凝材料体系水化动力学的表征方式选取上，项目进行了复合胶凝体系不同养护条件下非蒸发水含量和水化放热速率两方面的研究比较，确定了采用水化放热速率进行低温复合胶凝材料体系水化动力学的表征方式。.复合胶凝材料体系水化动力学反应特征研究中，采用Krstulovic–Dabic水化模型对数据进行处理，发现低温复合胶凝材料体系反应级数均为非整数，说明复合胶凝材料体系水化过程为非基元反应，反应级数在1.5~2范围之间，在某种程度上可将复合胶凝材料体系的水化反应近似为二级反应。NG过程的反应速率常数要远高于I和D两过程，说明在低温条件下，NG过程对水化放热速率影响最大。从理论研究上，提出了低温条件下复合胶凝材料体系水化反应的特殊性。.在研究过程中，由于低温环境的特殊性，国内目前缺乏低温胶凝材料水化放热速率研究的仪器，项目组半研发低温水泥水化热测试仪，其应用温度范围可达-30 ～50℃，并加入水泥胶砂反应测定功能，多通道、高精度、快速进行低温条件下复合胶凝材料水化反应速率测定。.以上几方面的研究结果表明，低温混凝土与常温混凝土水化过程存在很大差异，单一组分水化机理的叠加与复合胶凝材料体系的水化机理更有所不同，同时通过多组分的交叉影响研究以及水化反应控制主导过程的确定，体现了复合胶凝材料对低温混凝土早期水化反应的影响，从理论上采用逐步调整组分来控制低温混凝土早期的水化反应过程，对预防低温混凝土的早期冻害进行更为有效地指导。