摘 要：研究了磁化水對摻緩凝劑水泥的凝結(jié)時(shí)間、膠砂強(qiáng)度、干燥收縮、水化熱等性能的影響。結(jié)果表明：對摻緩凝劑的水泥，磁化水略微提高膠砂流動度和3d抗壓強(qiáng)度，對28d抗壓強(qiáng)度卻無明顯影響、同時(shí)還能降低水泥膠砂的干燥收縮；對摻多聚磷酸鈉的水泥，磁化水能縮短水泥的初凝和終凝時(shí)間，同時(shí)促進(jìn)水化，使水化放熱峰提前，溫峰降低并且寬化，提高1d、3d放熱量；而對摻檸檬酸的水泥，磁化水能延長水泥的初凝和終凝時(shí)間，推遲水化放熱峰的生成，水化溫峰降低且寬化，水化1d放熱量降低，3d放熱量略有提高。
關(guān)鍵詞 ：磁化水; 水泥基; 多聚磷酸鈉; 檸檬酸
中圖分類號：TQ172.12 O552.424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號
混凝土生產(chǎn)中使用緩凝劑可以緩釋水泥水化熱，減少因水化熱而產(chǎn)生的溫度裂縫，使新拌混凝土較長時(shí)間保持塑性，方便澆注，提高施工效率，同時(shí)對混凝土后期各項(xiàng)性能不會造成不良影響，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于大跨度高架橋等預(yù)應(yīng)力混凝土、大壩混凝土，滑模施工混凝土以及流化混凝土中。近年來，隨著科學(xué)的發(fā)展，磁化水正逐漸應(yīng)用于生活、建筑、軍事、航空等眾多的領(lǐng)域。使用磁化水拌和混凝土可以促進(jìn)水泥水化，提高水泥混凝土強(qiáng)度、降低單位水泥用量正逐步被人們所認(rèn)識，越來越多的混凝土攪拌站都采用磁化水來拌合混凝土。但是以往的研究主要側(cè)重于緩凝劑與減水劑或材料體系的相容性、磁化水對水泥混凝土的性能影響等方面的研究[1-5]，而對磁化水與緩凝劑對水泥水化及漿體結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響研究的較少。
選用無機(jī)緩凝劑多聚磷酸鈉和有機(jī)緩凝劑檸檬酸，采用磁化水拌合水泥，對砂漿強(qiáng)度、砂漿收縮率和水化熱進(jìn)行了試驗(yàn)研究,探討磁化水與緩凝劑同時(shí)使用對水泥漿體結(jié)構(gòu)形成及發(fā)展的影響。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1試驗(yàn)原材料
本研究所采用的水泥是亞東水泥集團(tuán)公司生產(chǎn)的P·O 42.5水泥，化學(xué)成分見表1；標(biāo)準(zhǔn)砂是廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司生產(chǎn)的ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，符合GB/T17671規(guī)定；緩凝劑選用多聚磷酸鈉和檸檬酸。磁化水為自來水經(jīng)過磁化裝置后所得，磁化裝置采用永久磁鐵，磁場強(qiáng)度為0.67T，磁化時(shí)水流量約166L/H。
1.2試驗(yàn)方法
膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)參照GB/T17671-1999進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間測定依據(jù)GB/T1346-2001。
應(yīng)用自行研制的自動高效水化熱測定儀(實(shí)驗(yàn)方法按GB2022-80進(jìn)行)，在線測定所需齡期內(nèi)所放出的水化熱(取W/C為0.35)[6]。
干燥收縮試驗(yàn)采用水泥膠砂試件，尺寸25mm×25mm×280mm，在溫度20±2℃、RH≥50%的成型室里成型，成型后放入溫度為20±1℃、RH≥90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中帶模養(yǎng)護(hù)1d后拆模，然后在水中養(yǎng)護(hù)2d后取出測定試件長度作為初始讀數(shù),再將試件放入溫度為20±3℃、RH為50±4%的干燥室中養(yǎng)護(hù),分別測定4d,11d,18d,25d的長度,測長齡期從試件放入干燥室中養(yǎng)護(hù)時(shí)算起。
2 結(jié)果與分析
2.1 磁化水對摻緩凝劑水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間的影響
在使用緩凝劑時(shí)，采用磁化水和普通自來水拌和水泥，測得水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果見表2。其中多聚磷酸鈉和檸檬酸的摻量分別為0.15％和0.1％。
表2 緩凝劑與磁化水共同作用時(shí)對水泥標(biāo)準(zhǔn)稠用
從表2可以看出，磁化水與不同緩凝劑復(fù)合使用對水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響不大，而對凝結(jié)時(shí)間的影響卻各不一樣。
當(dāng)使用多聚磷酸鈉作為緩凝劑時(shí)，與普通自來水相比，用磁化水拌合水泥，初凝、終凝時(shí)間分別縮短了95min、110min。Na5P3O10與漿體溶液中的Ca2＋反應(yīng)生成不溶性的磷酸鈣[7]，覆蓋在熟料相表面，從而阻止了正常的水化進(jìn)程。但在磁化水中，磷酸鈣的溶解度增大[8]，致使磷酸鈣層變薄，對水泥水化的阻礙作用減弱，所以使用多聚磷酸鈉作為緩凝劑，相比用普通自來水拌合水泥，采用磁化水能縮短水泥凝結(jié)時(shí)間。
而當(dāng)使用檸檬酸作為緩凝劑時(shí)，用磁化水拌合水泥，初凝、終凝時(shí)間卻分別延長了85min、75min。這主要是由于檸檬酸絡(luò)合漿體中的Ca2＋，并以一定濃度存在漿體溶液中，延遲CH和C-S-H的生成[9]。磁化水的活性比自來水高，絡(luò)合物在磁化水中的溶解度提高[8]，絡(luò)合了更多的Ca2＋，檸檬酸的緩凝效果更加明顯，導(dǎo)致水泥的凝結(jié)時(shí)間延長。
2.2磁化水對摻減水劑水泥膠砂強(qiáng)度的影響
緩凝劑與磁化水共同作用時(shí)對水泥膠砂流動度和膠砂強(qiáng)度的影響見表3。
從表3的數(shù)據(jù)可以看出，磁化水拌制水泥漿體，漿體的流動性會比普通水略有提高，但是效果不明顯。漿體流動性略微提高的原因主要是磁化水對團(tuán)聚的水泥顆粒具有分散作用，釋放出一部分包裹的拌合水，增加拌合物的流動性[10-11]。
當(dāng)多聚磷酸鈉和檸檬酸作為緩凝劑時(shí)，使用磁化水后，水泥3d抗壓強(qiáng)度由19.3 MPa、11.0 MPa分別提高了1.0 MPa、5.4 MPa；考慮到誤差因素,可以說磁化水對水泥28d抗壓強(qiáng)度幾乎不產(chǎn)生影響。主要原因是磁化水經(jīng)過磁化后，產(chǎn)生具有較高活性的水分子，促進(jìn)水化，但是這種效應(yīng)隨著時(shí)間而降低，安燕、劉云等的研究[12]表明，磁化水的活性具有松弛性，松弛時(shí)間約為15天左右。也就是說，大約15天以后磁化水的性能與普通水性能已基本相同。這樣通過磁化產(chǎn)生的活性較高的水分子在早期水化反應(yīng)中已消耗殆盡，隨著水泥顆粒表面凝膠層增厚和變密，磁化水分子和普通水分子一樣都難以滲透至內(nèi)部發(fā)生水化反應(yīng)，致使磁化水試件與普通水試件后期強(qiáng)度幾乎無差別。
2.3磁化水對摻緩凝劑水泥膠砂干縮的影響
采用多聚磷酸鈉和檸檬酸作為緩凝劑時(shí)，不同水樣對水泥干縮的影響見圖1。
從圖1可以看出使用磁化水拌合水泥，能明顯降低水泥的干燥收縮，采用多聚磷酸鈉、檸檬酸作為緩凝劑，磁化水使水泥膠砂3d干縮率分別由1.9×10－4、2.91×10－4下降至1.50×10－4、2.32×10－4，降幅分別達(dá)到了21.1％和20.3％；水泥膠砂28d干縮率分別由4.7×10－4、5.87×10－4下降至3.9×10－4、5.28×10－4，降幅分別達(dá)到了17.0％和10.1％。
干燥收縮產(chǎn)生的主要原因是砂漿中毛細(xì)管作用力，這種作用力對毛細(xì)管管壁產(chǎn)生壓力，因此，在毛細(xì)管水蒸發(fā)過程中，砂漿處于不斷增強(qiáng)的壓縮狀態(tài)中，導(dǎo)致外觀體積的縮小。毛細(xì)管作用力可表達(dá)為[13-14]:
式中 As為毛細(xì)管張力的作用面積(m2)；
γ為毛細(xì)孔隙溶液表面張力(N/m)；
γs為毛細(xì)孔隙水彎液面的曲率半徑(m)
從式(1)中可以看出，毛細(xì)管作用力的大小與毛細(xì)孔隙溶液表面張力成正比，當(dāng)使用磁化水來拌制水泥漿體時(shí)，磁化水比普通自來水的表面張力小[15-16]，當(dāng)其它參數(shù)保持不變的情況下，磁化水能減小漿體中的毛細(xì)管作用力，從而降低水泥漿體的收縮應(yīng)變。
2.4磁化水對摻減水劑水泥水化熱的影響
磁化水對摻緩凝劑水泥水化熱性能的影響見表4和圖2。
從表4和圖2可以看出，當(dāng)使用多聚磷酸鈉做緩凝劑，采用磁化水拌合水泥，水化第二放熱峰提前，最高溫峰降低且溫峰變寬，同時(shí)水泥水化1d和3d放熱量Q(1d)、Q(3d)增大。可見，磁化水具有弱化多聚磷酸鈉緩凝效果的能力。而當(dāng)使用檸檬酸做緩凝劑，采用磁化水拌合水泥，水化第二放熱峰延遲，最高溫峰降低，水化1d的放熱峰Q(1d)略有降低，至3d后，緩凝劑對水泥水化歷程的影響已經(jīng)很小，而磁化水促進(jìn)水泥水化，比較使用自來水，Q(3d)增大，這說明磁化水能促進(jìn)檸檬酸發(fā)揮其緩凝效果。
3 結(jié)論
(1)磁化水能縮短摻多聚磷酸鈉水泥的初凝和終凝時(shí)間，分別縮短95min和110min；延長摻檸檬酸水泥的初凝和終凝時(shí)間，分別延長85min和65min。
(2)磁化水能略微提高水泥砂漿的流動性，提高幅度不明顯；能夠提高摻多聚磷酸鈉、檸檬酸水泥的早期強(qiáng)度，3d強(qiáng)度分別提高1.0M Pa、5.4M Pa，但是對水泥28d強(qiáng)度無明顯影響。
(3)磁化水能降低摻多聚磷酸鈉、檸檬酸水泥的干燥收縮，水泥膠砂3d干縮率分別下降了21.1％和20.3％；水泥膠砂28d干縮率分別下降17.0％和10.1％。
(4)磁化水拌合摻多聚磷酸鈉水泥，使水化第二放熱峰提前，最高溫峰降低且溫峰變寬，同時(shí)水泥放熱量Q(1d)、Q(3d)增大；而用磁化水拌合摻檸檬酸水泥，使水化第二放熱峰延遲，最高溫峰降低，水化放熱峰Q(1d)略有降低，Q(3d)增大。
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