摘 要：本文首先在化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)原理基礎(chǔ)上，采用微積分理論推導(dǎo)出不同溫度條件下水泥水化放熱行為的統(tǒng)一表達式；用溶解法測試水泥在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃恒溫水化條件下1天、3天、7天、28天齡期的放熱量，在試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分析水泥水化放熱行為的溫度效應(yīng)，得出水泥的活化能；然后測試水灰比為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7時的各齡期水化熱，得出水泥水化放熱行為的水灰比效應(yīng)。
關(guān)鍵詞：水化熱 恒溫水化 溫度效應(yīng) 活化能 水灰比效應(yīng)
前言
和許多化學(xué)反應(yīng)一樣，水泥礦物的水化是放熱的，又因為混凝土的熱傳導(dǎo)性較低，大體積混凝土產(chǎn)生的水化熱造成結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度快速上升，同時，由于混凝土外部的散熱而在結(jié)構(gòu)內(nèi)外之間形成溫度梯度，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)生溫度裂縫。因此必須首先對用于大體積混凝土中水泥的水化放熱規(guī)律及水化熱量進行研究。水泥水化放熱規(guī)律中有兩個參數(shù)極其重要：一個是水泥水化溫度，一個是水灰比，本文主要探討水化溫度和水灰比對水化反應(yīng)速率的影響。
1理論分析
1.1水泥恒溫水化放熱模型
根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)理論化學(xué)反應(yīng)速率可以表達為： 
1.2水泥基膠凝材料水化反應(yīng)的溫度影響因子
在化學(xué)反應(yīng)過程中，溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響系數(shù)服從Arrhenius方程： 
2試驗研究
2.1水化程度的測試方法
目前國際上，測試水泥水化程度的方法有很多。大部分學(xué)者采用水泥齡期抗壓強度間接表達水化程度，該方法簡單、易于操作，但是由于該方法屬于間接法，水泥石強度發(fā)展歷程與水泥石的水化程度并不完全同步，尤其是早期水化，在水泥漿塑性狀態(tài)階段有水化反應(yīng)發(fā)生而沒有強度；有的學(xué)者采用測試水泥石中未水化的水量表達水泥的水化程度；還有些學(xué)者采用掃描電鏡觀察水泥水化產(chǎn)物來表達水泥水化程度。還可以通過測試水泥水化熱表達水泥水化程度，該方法是基于水泥水化必然伴隨著反應(yīng)熱產(chǎn)生的理論。筆者以為采用水泥水化熱表達水泥水化程度更貼切一些，本文就采用水化熱法。
對于水泥水化熱測定方法國內(nèi)標準中有兩種試驗方法，直接法（GB 2022-1980）與溶解法（GB/T 12959-1991）。直接法操作方便，溶解法規(guī)定了水泥的養(yǎng)護溫度波動范圍±1℃，便于測定水泥的恒溫水化速度、水化熱量尤其是長齡期水泥水化熱量。溶解法原理是：依據(jù)熱化學(xué)的蓋斯定律，即化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)只與體系的初態(tài)和終態(tài)有關(guān)而與反應(yīng)的途徑無關(guān)提出的。它是在熱量計周圍溫度一定的條件下，用未水化的水泥與水化一定齡期的水泥分別在一定濃度的標準酸中溶解，測得溶解熱之差，即為該水泥在規(guī)定齡期內(nèi)所放出的水化熱。本文水化熱試驗參照國家標準GB/T 12959-1991的溶解熱法進行。
2.2試驗原材料
水泥：北京興發(fā)水泥有限公司生產(chǎn)的混凝土外加劑性能檢測用基準水泥，放置時間大約為45天 ； 
在平均養(yǎng)護溫度20℃≤T≤60℃范圍內(nèi)，中國北京興發(fā)水泥有限公司生產(chǎn)的混凝土外加劑性能檢測用基準水泥活化能平均為55695J/mol，標準差為1222 J/mol，變異系數(shù)為0.022。以20℃為水泥水化的基準溫度，假設(shè)水化速率為，由成熟度公式可以算出其在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃養(yǎng)護條件下的水化速率分別為：、2.10、4.17、8.33、15.48。大致相當于養(yǎng)護溫度每升高10℃，水化反應(yīng)速率提高一倍。水泥水化反應(yīng)速率提高一倍的意義并非相同齡期的水化總放 熱量提高一倍，而是相當于水化熱總量相同時水泥水化齡期提前0.5倍。在大體積混凝土工程中任意實際溫度T條件下
對于養(yǎng)護溫度小于20℃條件下，養(yǎng)護溫度對水泥水化反應(yīng)速率的影響，由于試驗條件（低溫養(yǎng)護箱）所限本文未有涉及。本文研究的目的是大體積混凝土水化溫升計算，在大體積混凝土中的溫度一般不小于20℃，所以本文僅研究了20～60℃養(yǎng)護溫度條件下水泥水化放熱量。對于養(yǎng)護溫度小于20℃條件下，養(yǎng)護溫度對水泥水化反應(yīng)速率的影響主要涉及到混凝土的冬期施工，最好的研究方法是采用強度法。
水灰比對水泥水化速度的影響可以概括為兩個方面：水灰比小于0.4時，水泥水化速度稍有降低；水灰比大于0.4時，隨著水灰比的增加水泥水化速度明顯加快。水灰比為0.5時水泥水化速度比水灰比為0.4增加0.55倍，水灰比為0.6時水化速度比水灰比為0.4增加1.26倍，水灰比為0.5時水化速度比水灰比為0.4增加2.33倍。
