混合材對水泥與減水劑適應(yīng)性的影響研究

　　摘要：通過對摻高效減水劑水泥凈漿流動性及流動性損失的測定試驗，研究了3種混合材(粉煤灰、水淬高爐礦渣和沸石)在不同替代率情況下對減水劑作用效果的影響。結(jié)果表明：水淬高爐礦渣有利于改善減水劑與水泥的適應(yīng)性，而摻粉煤灰和沸石(尤其是沸石)則會導(dǎo)致減水劑塑化作用的降低，而且漿體流動性損失也有增大趨勢。

　　關(guān)鍵詞：高效減水劑；水泥；流動性；粉煤灰；水淬高爐礦渣；沸石

　　Abstract：The three kinds of blending materials(i．e．fly ash，ground water-granulated blast furnace slag and zeolite)on the actions of superplasticizer to cement are investigated by testing the fluidity and fluidity loss of cement pastes added with superplasticizer．The test results indicate that ground water-granulated blast furnace slag in cement can help to enhance the compatibility between superplasticizer and cement while addition of fly ash or zeolite(especially zeolite)will lead to reduction of fluidity and fast loss of fluidity of cement pastes．

　　Key words：superplasticizer；cement；fluidity；fly ash；ground water-granulated blast furnace slag；zeolite

　　0引言

　　混凝土外加劑與水泥之間的適應(yīng)性問題長期以來一直影響著混凝土外加劑的正常使用和其功能的發(fā)揮，研究并解決這一問題關(guān)系到外加劑的應(yīng)用效果和一些工程事故的避免。本文將通過試驗，研究水泥中混合材的種類和替代率對高效減水劑作用效果的影響及其規(guī)律，希望對實際工程有所裨益。

　　1 試驗

　　試驗用水泥為海螺牌P·O52．5級；減水劑為Mighty-100粉劑高效減水劑，Na₂SO₄含量<0．4％ ，Clˉ含量<0．02％ ；3種混合材為水淬高爐礦渣、粉煤灰和沸石，化學(xué)成分分析結(jié)果如表1，粉煤灰為Ⅱ級灰，比表面積370㎡／kg，沸石和水淬高爐礦渣均粉磨至比表面積(370±20) ㎡／kg；拌和水為自來水。

　　采用自行設(shè)計的試驗裝置和試驗方法，測定凈漿的流動性和流動性保持情況。具體是將1個內(nèi)徑為65mm，高為120mm的圓柱筒放在光面平板玻璃上，將攪拌好的水泥凈漿連續(xù)置入圓柱筒內(nèi)，抹平上表面后，垂直提起圓柱筒，讓凈漿在玻璃板上自由流動，等流動停止后，在2個相互垂直的方向上測量凈漿鋪展直徑，取平均值作為凈漿流動性的量值。

　　將稱量好的水泥和混合材在凈漿攪拌機(jī)中干混均勻，加入減水劑和水，攪拌3min后，測定初始流動性，測量后將凈漿裝入密封袋以避免水分蒸發(fā)，待停放30min、60min和120min時，分別攪拌1min后再測定其流動性。

　　為研究用混合材等量替代水泥后對高效減水劑作用效果的影響，試驗測定了使純水泥漿體摻減水劑流動性達(dá)(400±20)mm情況下，用3種混合材分別等量替代部分水泥，在水膠比和減水劑摻量相同時，對漿體流動性和流動性保持性的影響，見表2。

　　2 試驗結(jié)果與討論

　　試驗結(jié)果如表3。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，由于Mighty-100高效減水劑的塑化作用，達(dá)相同流動性情況下，PR漿體的水膠比比P0減小了43．5％ 。同時，PR漿體的流動性保持性也相對比P0漿體為好。Mighty-100高效減水劑屬于高濃型減水劑，有效成分含量高，在純水泥漿體中摻加0．7％時，除了在水泥顆粒表面吸附有1層單分子層的減水劑分子外，在液相中尚剩余相當(dāng)一部分減水劑分子，能使?jié){體的流動性維持在較長一段時間內(nèi)不損失，甚至有所增大，但漿體在60min以后，其流動性開始降低。

　　然而，當(dāng)用3種混合材等量替代部分水泥時，盡管減水劑摻量和漿體的水膠比均保持不變，但漿體的初始流動性和流動性保持情況卻與PR漿體有較大的區(qū)別。

　　
　　從表3和圖1可以看出：

　　1)用礦渣等量替代水泥的漿體SR10、SR30、SR50和SR70，其初始流動性都比PR漿體的大，且隨替代率的增加，漿體初始流動性增大。

　　2)用粉煤灰等量替代水泥的漿體FR10、FR20、FR30、FR40和FR50，其初始流動性與粉煤灰替代率有關(guān)，當(dāng)替代率為10％ 和20％ 時，比PR的稍大；當(dāng)替代率≥30％ 時，有所減小。

　　3)當(dāng)用沸石等量替代部分水泥時，將引起漿體的初始流動性大幅度降低，當(dāng)替代率為5％ 、10％ 、15％ 和20％ 時，分別比PR漿體降低了9．2％ 、16．2％ 、19．2％ 和28．6％ 。

　　礦渣對改善減水劑塑化效果、提高混凝土拌和物的初始流動性有很大幫助；用Ⅱ級粉煤灰作水泥混合材時，粉煤灰的替代率對混凝土初始流動性影響不大；而用沸石作為水泥混合材或用作混凝土摻和料時，則對混凝土初始流動性影響很大。

　　2．2 混合材對摻減水劑漿體流動性保持性的影響

　　礦渣對摻高效減水劑漿體流動性保持性的影響見圖2。

　　從圖2可以看出，摻高效減水劑的純水泥漿體(PR)，其流動性在0～60min內(nèi)未有損失，且有所增加，這可能是由于漿體粘度變化引起的，并非高效減水劑的塑化效果隨靜放時間延長而有所增強(qiáng)。PR漿體的流動性在經(jīng)過120min后損失了5．5％ 。與PR漿體相比，當(dāng)用礦渣等量替代部分水泥，幾種漿體在0～60min內(nèi)的流動性的保持性更加顯著，而且在120min后也未損失。

　　相比較而言，隨著礦渣替代率的增加，漿體流動性的保持性增強(qiáng)。

　　2．2．2 粉煤灰

　　粉煤灰對摻高效減水劑漿體流動性保持性的影響情況可以從圖3中觀察。圖3顯示，隨著粉煤灰替代率的增大，漿體流動性損失率增加。

　　用沸石即使替代率很低，也會引起摻高效減水劑漿體流動性損失的加劇。圖4顯示，這種加速損失的現(xiàn)象主要出現(xiàn)在60～120min內(nèi)，而在0～60min內(nèi)，只有沸石替代率超過15％左右時，漿體的流動性損失才較明顯。

　　導(dǎo)致?lián)礁咝p水劑漿體流動性經(jīng)時損失的原因主要在于：① 膠凝材料的不斷水化引起漿體中固液相比例增大；②減水劑逐漸被漿體中固體顆粒吸附于內(nèi)部空腔壁上，起不到較好的塑化作用；③ 固體顆粒表面的減水劑吸附層逐漸被膠凝材料水化產(chǎn)物所覆蓋；④ 部分拌和水逐漸被水泥或混合材顆粒的內(nèi)部孔隙所吸附等。

　　水淬高爐礦渣硬度比水泥熟料高，粉磨成細(xì)顆粒后一般形狀不佳，屬于多角型，但它與水泥顆粒之間，或礦渣顆粒之間的接觸點面積較小，而且礦渣粉顆粒具有斥水作用，對減水劑的吸附作用也小，所以用礦渣替代部分水泥時可以改善漿體的流動性。

　　粉煤灰為多孔性的中空圓球體，但普通的粉煤灰(如Ⅱ級粉煤灰)一般含碳量偏大，對減水劑分子的吸附作用比水泥顆粒大，所以當(dāng)減水劑存在時，摻粉煤灰的水泥漿體盡管初始流動性尚可，但隨著時間的推移，粉煤灰顆粒吸附了較多的減水劑分子，致使?jié){體流動性在0～60min內(nèi)便表現(xiàn)出較大的損失。

　　沸石是一種軟質(zhì)多孔材料，內(nèi)部有大量的空腔與孔道，表現(xiàn)為內(nèi)比表面積非常大，對減水劑的吸附強(qiáng)烈，而且其結(jié)構(gòu)中硅(鋁)氧四面體結(jié)構(gòu)空間的需水量較大，加水拌和開始時不僅有一部分水被沸石顆粒吸入內(nèi)部的空腔與孔道，造成拌和物流動性的降低，所以隨著沸石替代率的增加，漿體的初始流動性顯著降低。但沸石開始接觸水時畢竟呈化學(xué)惰性，盡管大量吸附水分和減水劑分子，致使?jié){體的流動性較差，但在0～30min甚至30～60min內(nèi)漿體的流動性保持性尚可，只是60min以后，漿體中由于水泥的水化，固液比顯著增加，再加上固體顆粒表面減水劑分子吸附層被水泥水化產(chǎn)物覆蓋漿體逐漸稠化，表現(xiàn)為流動性急劇減小。

　　3 結(jié)論

　　1)水淬高爐礦渣、粉煤灰和沸石作水泥混合材時，對高效減水劑的塑化效果以及摻高效減水劑漿體的流動性保持性均有一定影響。

　　2)礦渣作為混合材對摻高效減水劑的混凝土初始流動性有輔助增強(qiáng)作用。Ⅱ級粉煤灰和沸石替代率的增加將降低混凝土的初始流動性。

　　3)在有高效減水劑存在的情況下，摻礦渣的水泥漿體的流動性保持性非常理想，而摻粉煤灰或沸石流動性損失比較大，尤其是摻沸石時。