摘 要：本文首先在化学反应动力学原理基础上，采用微积分理论推导出不同温度条件下水泥水化放热行为的统一表达式；用溶解法测试水泥在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃恒温水化条件下1天、3天、7天、28天龄期的放热量，在试验数据的基础上分析水泥水化放热行为的温度效应，得出水泥的活化能；然后测试水灰比为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7时的各龄期水化热，得出水泥水化放热行为的水灰比效应。
关键词：水化热 恒温水化 温度效应 活化能 水灰比效应
前言
和许多化学反应一样，水泥矿物的水化是放热的，又因为混凝土的热传导性较低，大体积混凝土产生的水化热造成结构内部温度快速上升，同时，由于混凝土外部的散热而在结构内外之间形成温度梯度，产生较大的温度应力，导致产生温度裂缝。因此必须首先对用于大体积混凝土中水泥的水化放热规律及水化热量进行研究。水泥水化放热规律中有两个参数极其重要：一个是水泥水化温度，一个是水灰比，本文主要探讨水化温度和水灰比对水化反应速率的影响。
1理论分析
1.1水泥恒温水化放热模型
根据化学反应动力学理论化学反应速率可以表达为： 
1.2水泥基胶凝材料水化反应的温度影响因子
在化学反应过程中，温度对化学反应速率的影响系数服从Arrhenius方程： 
2试验研究
2.1水化程度的测试方法
目前国际上，测试水泥水化程度的方法有很多。大部分学者采用水泥龄期抗压强度间接表达水化程度，该方法简单、易于操作，但是由于该方法属于间接法，水泥石强度发展历程与水泥石的水化程度并不完全同步，尤其是早期水化，在水泥浆塑性状态阶段有水化反应发生而没有强度；有的学者采用测试水泥石中未水化的水量表达水泥的水化程度；还有些学者采用扫描电镜观察水泥水化产物来表达水泥水化程度。还可以通过测试水泥水化热表达水泥水化程度，该方法是基于水泥水化必然伴随着反应热产生的理论。笔者以为采用水泥水化热表达水泥水化程度更贴切一些，本文就采用水化热法。
对于水泥水化热测定方法国内标准中有两种试验方法，直接法（GB 2022-1980）与溶解法（GB/T 12959-1991）。直接法操作方便，溶解法规定了水泥的养护温度波动范围±1℃，便于测定水泥的恒温水化速度、水化热量尤其是长龄期水泥水化热量。溶解法原理是：依据热化学的盖斯定律，即化学反应的热效应只与体系的初态和终态有关而与反应的途径无关提出的。它是在热量计周围温度一定的条件下，用未水化的水泥与水化一定龄期的水泥分别在一定浓度的标准酸中溶解，测得溶解热之差，即为该水泥在规定龄期内所放出的水化热。本文水化热试验参照国家标准GB/T 12959-1991的溶解热法进行。
2.2试验原材料
水泥：北京兴发水泥有限公司生产的混凝土外加剂性能检测用基准水泥，放置时间大约为45天 ； 
在平均养护温度20℃≤T≤60℃范围内，中国北京兴发水泥有限公司生产的混凝土外加剂性能检测用基准水泥活化能平均为55695J/mol，标准差为1222 J/mol，变异系数为0.022。以20℃为水泥水化的基准温度，假设水化速率为，由成熟度公式可以算出其在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃养护条件下的水化速率分别为：、2.10、4.17、8.33、15.48。大致相当于养护温度每升高10℃，水化反应速率提高一倍。水泥水化反应速率提高一倍的意义并非相同龄期的水化总放 热量提高一倍，而是相当于水化热总量相同时水泥水化龄期提前0.5倍。在大体积混凝土工程中任意实际温度T条件下
对于养护温度小于20℃条件下，养护温度对水泥水化反应速率的影响，由于试验条件（低温养护箱）所限本文未有涉及。本文研究的目的是大体积混凝土水化温升计算，在大体积混凝土中的温度一般不小于20℃，所以本文仅研究了20～60℃养护温度条件下水泥水化放热量。对于养护温度小于20℃条件下，养护温度对水泥水化反应速率的影响主要涉及到混凝土的冬期施工，最好的研究方法是采用强度法。
水灰比对水泥水化速度的影响可以概括为两个方面：水灰比小于0.4时，水泥水化速度稍有降低；水灰比大于0.4时，随着水灰比的增加水泥水化速度明显加快。水灰比为0.5时水泥水化速度比水灰比为0.4增加0.55倍，水灰比为0.6时水化速度比水灰比为0.4增加1.26倍，水灰比为0.5时水化速度比水灰比为0.4增加2.33倍。
