多通道等温量热仪在大体积混凝土胶凝材料水化热配比优化中的应用研究

【资料简介】

多通道等温量热仪在大体积混凝土胶凝材料水化热配比优化中的应用研究

摘要

水利大坝、跨海桥梁、核电安全壳等大体积混凝土工程温控防裂是项目成败关键，胶凝材料水化放热速率、累计放热量直接决定混凝土内部最高温升。传统单通道水化热检测设备试验效率低，很难开展多组粉煤灰、矿粉、缓凝减水剂复配方案平行对比筛选。本文采用8通道国标基准法等温传导量热仪，一次性同步开展6组不同掺合料、外加剂配比胶凝材料水化热平行试验；实时获取各组样品水化放热速率‑龄期完整曲线，对比分析矿物掺合料掺量、缓凝剂添加对于水化诱导期、放热峰值、7d累计水化热的影响规律；筛选出低水化放热、放热峰值延后的优选混凝土配比方案；将等温量热试验得到的水化热动力学参数代入大体积混凝土温度场仿真模型，开展温控效果预判。工程案例表明，多通道等温量热仪可以大幅缩短混凝土配比研发周期，精准筛选低热抗裂配比，降低现场大体积混凝土温度裂缝风险，在大体积混凝土前期配合比优化阶段具备高工程应用价值。

关键词：多通道等温量热仪；水泥水化热；大体积混凝土；矿物掺合料；外加剂；温控防裂；配比优化

引言

大体积混凝土温控防裂的核心思路，就是通过优化胶凝材料配比，降低水化总放热量，延缓水化放热峰值出现时间，削减混凝土早期温升速率。胶凝材料配比试验方案往往数量庞大，需要对比不同粉煤灰掺量、矿渣粉掺量、缓凝减水剂掺加比例几十组配方的水化放热特性。如果采用传统单通道水化热检测设备，一组7天水化热试验就需要7d时间，多组配比平行测试试验周期长达数月，严重拖慢项目前期配合比研发进度。

多通道等温量热仪基于国标GB/T12959‑2024基准法等温传导量热原理，设备内部同时布置多个独立恒温检测通道，每个通道都拥有一套独立热流传感单元，各个通道之间温度互不干扰，可在相同恒温环境条件下，同步开展多组不同配方样品水化热平行对照试验。多组样品试验环境条件高度一致，消除分批次试验环境差异带来的系统误差，对比结果可信度显著提升，同时成倍缩短配比试验总周期。本文依托某水利大坝大体积混凝土项目，开展多通道等温量热仪配比优化应用研究。

1 多通道等温量热仪系统特点与试验优势

本次试验采用北京鸿鸥成运仪器设备有限公司开发的8通道基准型等温量热仪，8个检测通道处于同一个高精度恒温腔体，恒温控制精度±0.02℃；每个通道拥有独立样品池、参比池与热流传感器；各通道试验互相独立，数据单独采集、单独生成水化放热曲线；软件内置多组曲线同屏对比分析功能，可直观对比不同配比放热峰值、诱导期时长差异。

相比单通道设备开展对比试验，多通道同步试验两大突出优势：

（1）环境条件一致性：所有样品同时开始水化反应，恒温、湿度环境相同，消除分批试验时间跨度内环境温度波动带来的对比误差；

（2）试验效率提升：一次试验周期7d，同时完成6组配比样品测试，相比单通道依次测试，效率提升6倍以上，大幅缩短混凝土配比研发周期。

2 工程概况与试验配比方案

某碾压混凝土重力坝项目，坝体属于典型大体积混凝土结构，温控防裂要求高，需要优选低热水化放热混凝土配比。本次设计6组对照试验配方：基准组纯P·O42.5水泥；粉煤灰20%、30%、40%掺量三组；粉煤灰30%+矿粉10%复掺组；粉煤灰30%+缓凝减水剂组。6组水胶比统一保持0.5不变，采用8通道等温量热仪同步开展7天水化热测试，恒温20℃，采集间隔10s。

3 试验结果与配比优化分析

3.1 矿物掺合料对水化放热峰值的影响

试验曲线显示，随着粉煤灰掺量提升，水化第二放热峰值热流量逐步下降，峰值出现时间向后推迟；粉煤灰40%掺量组放热峰值相比纯水泥基准组下降32%，7d累计水化热降低26%，显著降低水化放热水平。粉煤灰火山灰反应滞后，早期水化放热低，非常适合大体积混凝土降低早期温升速率。

3.2 矿粉复掺水化热特征

粉煤灰+矿粉复掺组，7d累计水化热略高于单掺粉煤灰组；矿粉水化活性高于粉煤灰，放热速率回升更快，在温控要求高的大坝核心区，该配比不作为优选低热方案。

3.3 缓凝外加剂的作用效果

粉煤灰30%+缓凝减水剂组，水化诱导期明显延长，放热峰值出现时间向后推迟12h，累计水化热量没有明显降低。说明缓凝剂主要作用是延后放热峰值时间，而不会减少最终总放热量。该配方可以降低混凝土早期温升速率，错峰温控，适合夏季高温季节大体积混凝土施工。

3.4 优选配比筛选结果

综合水化放热峰值、7d总水化热指标，粉煤灰40%单掺配方为本项目坝体大体积混凝土优选低热配比。将等温量热仪测得的该配方完整水化热动力学曲线导入有限元温度仿真软件，开展坝体温度场模拟计算，预判混凝土内部最高温升、内外温差均控制在温控允许范围以内，温度裂缝风险可控。

4 多通道等温量热仪在大体积混凝土行业推广方向

1、水利水电大坝、核电基础、跨海大桥大体积混凝土前期配合比研发；

2、新型低碳胶凝材料、固废掺合料水化放热性能快速筛查；

3、缓凝剂、降热型外加剂产品效果平行对比试验。

5 结论

多通道国标基准法等温量热仪，能够在同一恒温环境下同步开展多组胶凝材料水化热平行对照试验，试验效率高、组间对比误差小；可以精准量化粉煤灰、矿粉、缓凝外加剂对于水化放热速率、放热峰值、累计水化热的影响，快速筛选低热抗裂优选混凝土配比；获得的水化动力学参数可直接用于大体积混凝土温度场仿真计算，提前预判温控风险。多通道等温量热仪是大体积混凝土温控配比优化阶段高效、精准的新型检测设备，具备广阔工程推广价值。

8通道等温量热仪配置详表：

序号	型号	配置说明	数量
１	HO-DW4L	2通道等温量热仪主机（内置温控器和数据采集系统）4台，电脑1套，测控分析软件1套，20ml西林瓶400个，取瓶器2个，混匀仪1台, 1拖4串口数据线2根	1套

售后服务：主机在2年内非人为原因的故障，包修包换。

此款设备相关方案列为新水化热国标GB/T12959-2024《水泥水化热测定方法》

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