关键词：复合外加剂；水化热；强度
水泥水化热的大小直接影响混凝土的强度、耐久性等使用性能。商用混凝土的配制，根据工程需要会加入各种化学外加剂如：减水剂、引气剂、调凝剂等，以改善混凝土的施工条件、养护时间并提高混凝土的强度。此外，混凝土中会加入各种矿物外加剂如：粉煤灰、矿渣等，以利用工业废渣并降低成本。明确各种外加剂的作用及相互影响，对于节约资源，有效使用材料具有重要意义。本文系统考察了复合外加剂对水泥净浆水化热的影响以及对水泥砂浆强度的影响，为高性能混凝土的生产提供科学的依据。
1 实验
1.1 复合外加剂组分设计及砂浆配比设计
为了考察矿物外加剂和化学外加剂组成复合外加剂时对水泥水化热和强度发展的影响，首先设计了如表1所示的复合外加剂的配方组成，砂浆配比见表2。
1.2 水化热测量
实验所用原料为525号水泥（湖南石门水泥厂生产的“霸道”牌），Ⅱ级磨细粉煤灰（湖北应城），矿渣（武汉钢铁公司），FDN-5型减水剂（武汉钢铁公司），糖蜜（工业废料），硫酸钠、碳酸钠、乙二醇、三乙醇胺、硫酸铝铵等化学纯试剂。采用直接测定法测定水泥净浆的水化热，即在热量计周围温度不变条件下，直接测定热量计内水泥净浆温度的变化，计算热量计内积蓄和散失热量的总和，求得水泥水化7d内各龄期的水化热。
1.3 砂浆强度测量
根据表2配比制备砂浆试块，测定试块不同龄期的抗压强度，结果见表4。
2 结果与讨论
2.1 矿物-化学复合外加剂对水化热的影响
从表3、图1可以看出，掺加30%的磨细粉煤灰及其它化学外加剂后，3d水化热都比未掺粉煤灰的低，其水化热相对百分数为不掺粉煤灰的77.6% - 91.3%，表明掺粉煤灰能明显降低水化热和温升。同时，由于复合外加剂中含有1.2%的， FDN-5型减水剂，它本身能够降低水化热的数量并延缓热峰出现时间。掺4#复合外加剂比掺2#外加剂的水化热高，这是因为三乙醇胺具有早强作用，能够提高水化速率并提前热峰出现时间，结果使水化热升高。掺3#复合外加剂与掺2#外加剂的水泥净浆的水化热差不多，说明激发剂硫酸铝铵对水化初期的粉煤灰没有发生明显作用。5#复合外加剂中含有缓凝剂糖蜜与早强剂Na2SO4，掺入后水泥净浆的水化热最低，水化热相对百分数仅为掺1#外加剂的水化热的77.6%，说明同时添加能够提高水化热的早强剂与能够降低水化热的缓凝剂时，其效应基本相互抵消，这两种不同的外加剂复合后对水泥净浆水化热不会造成很大的影响。其水化热最低的原因仍然主要是矿物外加剂粉煤灰的贡献。
从表3、图2可以看出，掺加50%的磨细矿渣及其它化学外加剂后，水泥净浆的3d水化热都比未掺复合外加剂的水泥净浆的水化热低得多，其水化热值为不掺矿渣的65.3% - 78.0%，主要原因是矿渣取代了50%的水泥用量，制品中参与水化的矿物总量显著降低，因而水化热和温升相应地降低。在同时掺50%矿渣和1.2% ， FDN-5型减水剂的条件下，随着缓凝剂糖蜜的减少和早强剂的增加，缓凝剂降低水化热和推迟热峰出现时间的效应逐渐被早强剂提高水化热和提前热峰出现时间的效应所代替，早强剂的效应逐渐占主导地位，导致水化热相对百分数逐渐提高。掺9#复合外加剂的水化热高于掺6#的水化热，这是由于早强剂. Na2SO4 掺量提高并掩盖了缓凝效应的缘故，而Na2SO4能够明显提高3d水化热。
2.2 复合外加剂对砂浆强度的影响
与掺1#外加剂（仅引入单一的FDN-5型减水剂）的水泥砂浆的强度相比较，掺加矿物外加剂以后，砂浆的早期强度都比未掺矿物外加剂的要低，但后期强度增长较快，有的甚至28d就超过了未掺矿物外加剂的砂浆的强度（见表4）。这是因为FDN-5型减水剂的引入能够提高水泥制品各龄期的强度，尤其是早期强度。而掺入大量的粉煤灰代替水泥以后，在水化早期，水泥凝胶体的强度和密实性都要比未掺粉煤灰的水泥石差一些。由于粉煤灰的活性激发需要一定时间，在水化早期粉煤灰活性还没有充分发挥出来，粉煤灰颗粒与水泥凝胶体之间存在着空隙，需要进一步水化生成凝胶体来填充。经过较长龄期后，粉煤灰颗粒表面发生大量的水化反应，使水泥石结构更加密实，砂浆强度随龄期延长而迅速增加。球形粉煤灰颗粒在水泥石中作为微细填料填充水泥凝胶体的微孔中，减少Ca(OH)2晶体的数量，从而提高水泥石的体积稳定性和密实性。矿渣的作用原理与粉煤灰相类似。比较掺2#、3#、4#、6#、8#、9#复合外加剂砂浆强度数据可以发现，随着激发剂硫酸铝铵含量的增加，粉煤灰的活性被激发，28d强度比依次提高。而随着早强剂的引入及含量增加，掺加50%矿渣的砂浆28d强度已经接近或超过未掺矿渣的强度。由此可见，在混凝土中掺入一定量的矿物外加剂，不仅能减少水泥用量，降低水化热和温升，而且可以改善水泥硬化体结构的密实度，提高混凝土的后期强度，这对提高混凝土的耐久性等均有良好的作用。
3 结论
粉煤灰和矿渣等矿物外加剂都能降低水泥的水化热和温升，与减水剂、激发剂、缓凝剂、早强剂等构成复合外加剂时，能更有效地降低水化热和温升。缓凝剂和早强剂同时使用时，缓凝剂降低水化热和温升，延缓热峰出现时间的效应与早强剂提高水化热和温升，提前热峰出现时间的效应在一定程度上相互抵消，但相对而言早强剂对水化热的影响更为敏感，通过调整两者的比例，可以控制热峰出现的时间。激发剂能够激发矿物外加剂的活性，对砂浆的强度发展有益。合理掺加矿物外加剂和化学外加剂不仅能降低水化热和温升，而且可以提高混凝土的后期强度。
