水泥漿體流動(dòng)度評(píng)價(jià)方法的實(shí)驗(yàn)研究

0混凝土的后期性能隨著混凝土工業(yè)的發(fā)展，預(yù)扣劑已成為混凝土的重要組成部分。減水劑的品種多種多樣,各自成分組成也不盡相同。減水劑尤其是高效減水劑的應(yīng)用能帶來較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。在水泥用量相等和不降低強(qiáng)度的情況下,可以生產(chǎn)易于澆注的高流動(dòng)性混凝土;用較低的水量生產(chǎn)正常工作度的高強(qiáng)混凝土;在坍落度和強(qiáng)度相同時(shí),可以節(jié)約水泥10%以上。減水劑與水泥以及摻合料的相容性十分重要,彼此相容性好,可以改善混凝土的工作性能和后期性能指標(biāo),反之則會(huì)影響施工,大大影響混凝土的工作性,有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)混凝土在攪拌過程中異常凝結(jié),新拌混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失率大,混凝土泌水、分層離析,減水劑的減水效果不好等現(xiàn)象,導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢,甚至有下降的趨勢(shì)。此外,混凝土的收縮率也會(huì)增大,引起開裂,危害混凝土的質(zhì)量,釀成工程事故。對(duì)此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在減水劑與水泥相容性的問題上已有大量研究[3~9]。關(guān)于相容性問題,加拿大的學(xué)者Aiticin用微型坍落度儀測(cè)定飽和點(diǎn)值和流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失來檢測(cè)和評(píng)價(jià)水泥與減水劑的相容性,并最早提出了水泥與減水劑相容性存在的類型:減水劑摻量不大,就達(dá)到飽和點(diǎn),且一小時(shí)的流動(dòng)度變化小,就認(rèn)為減水劑與水泥的相容性好;反之,則稱其相容性差。水泥凈漿流動(dòng)度在水灰比一定時(shí),隨減水劑摻量的增加而增加,當(dāng)?shù)竭_(dá)一定摻量后,流動(dòng)度不再增加,或增加很少,此時(shí)的減水劑摻量被稱為飽和點(diǎn)摻量。飽和點(diǎn)摻量越小,說明減水劑的減水效果越好,相應(yīng)地,對(duì)水泥混凝土的強(qiáng)度作用就越大,同時(shí),因所需減水劑的摻入量較小,混凝土的生產(chǎn)成本便得到降低.反之,則減水劑的減水效果差,對(duì)水泥混凝土的強(qiáng)度作用小,由減水劑帶入混凝土的生產(chǎn)成本高。經(jīng)時(shí)損失則是水泥漿體隨時(shí)間的延長(zhǎng),流動(dòng)度減小的數(shù)值。因此,減水劑的相容性主要由減水劑的摻量飽和點(diǎn)值和水泥漿體60min流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失及其均勻性來評(píng)價(jià)。1原材料和試驗(yàn)方法1.1粉煤灰的燒失量水泥:廣西華潤(rùn)紅水河水泥有限公司生產(chǎn)的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。其性能指標(biāo)見下表。粉煤灰:江門臺(tái)山電廠生產(chǎn)的I級(jí)粉煤灰(FAI),含水率為0.2%,燒失量1%,細(xì)度80μm篩余3%。減水劑:江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-PCA(I)型聚羧酸高效減水劑。水:飲用自來水。1.2高效減水劑與水泥的最佳固沙效果本文采用飽和點(diǎn)、水泥漿體初始流動(dòng)度和30min,60min流動(dòng)度及其經(jīng)時(shí)損失以及水泥漿體是否均勻等幾個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)聚羧酸減水劑與水泥及粉煤灰的相容性。相容性測(cè)試采用《混凝土外加劑均勻性實(shí)驗(yàn)方法》(GB/T8077-2000)中水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試方法。通過測(cè)量水泥漿體流動(dòng)度的方法對(duì)減水劑與水泥以及粉煤灰進(jìn)行相容性分析。采用微型坍落度儀測(cè)水泥漿體的流動(dòng)度,其中圓錐模上口直徑36mm,下口直徑60mm,高60mm。將新拌水泥漿體迅速注入截面圓錐內(nèi),用刮刀刮平,將截面圓錐按垂直方向提起,同時(shí)開啟秒表計(jì)時(shí),讓水泥漿體在水平玻璃板上自由流動(dòng)攤開,至30s后用鋼尺測(cè)量出相互垂直兩個(gè)方向的最大直徑,取平均值。實(shí)驗(yàn)中,水膠比固定為0.29,室溫控制在20±3℃。測(cè)出減水劑摻量為0.4%~1.3%,粉煤灰分別等量取代水泥0%,10%,20%,30%時(shí),水泥漿體5min,30min,60min的流動(dòng)度。并對(duì)高效減水劑與水泥相容性以及粉煤灰對(duì)相容性的改善效果進(jìn)行分析。其中,水的用量261g為液體減水劑中的溶劑水分與后加入的拌和水之和。2減水劑體系的影響減水劑飽和點(diǎn)小,說明減水劑在較低摻量的情況下就可以使水泥摻合料體系達(dá)到最佳流動(dòng)性。減水效果和速度并非靠單純的減水劑濃度梯度決定,而是由雙方材料成分的親和性決定。飽和點(diǎn)值越小,彼此相容性越好。2.1流動(dòng)度曲線的相關(guān)性分析圖1為水泥及其摻合料體系在不同減水劑摻量時(shí)的流動(dòng)度情況。從圖1可以看出水泥漿體的初始流動(dòng)度隨著減水劑的增加而不斷地增加。流動(dòng)度增加的速率大體呈現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象。其中,在摻加粉煤灰的三個(gè)曲線上表現(xiàn)尤其明顯。飽和點(diǎn)的大體位置在流動(dòng)度增加的速率突然變小的地方,圖形上為第一個(gè)明顯拐點(diǎn)處。飽和點(diǎn)之前,水泥漿體初始流動(dòng)度對(duì)減水劑的添加十分敏感,減水劑摻量的微小改變,都會(huì)引起水泥漿體初始流動(dòng)度的變化。飽和點(diǎn)之后的一段區(qū)域,漿體的初始流動(dòng)度基本不再隨著減水劑摻量的增加而明顯增大。而且漿體的均勻性良好,并無離析,泌水和聚結(jié)等現(xiàn)象。曲線的最后一段區(qū)域,漿體的初始流動(dòng)度增加的速率又隨著減水劑摻量的增加而增大,但經(jīng)過觀察,漿體均勻性差,分層離析和泌水等現(xiàn)象嚴(yán)重。當(dāng)摻加的減水劑開始影響水泥漿體均勻性的摻量暫稱為離析點(diǎn),由于漿體離析后,漿體出現(xiàn)明顯的水層,過多的水分使不均勻的水泥漿體流動(dòng)度增大,故漿體初始流動(dòng)度增加的速率又逐漸增大。該點(diǎn)的位置在曲線第二個(gè)明顯拐點(diǎn)左右。圖中減水劑與水泥的飽和點(diǎn)值為1%左右,粉煤灰的摻加對(duì)其飽和點(diǎn)值有所降低。粉煤灰使減水劑對(duì)水泥的飽和點(diǎn)有所提前,且隨著粉煤灰的摻量增加,減水劑對(duì)水泥的飽和點(diǎn)越提前。當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí),減水劑對(duì)水泥的飽和點(diǎn)提前到0.6%左右。粉煤灰對(duì)水泥與減水劑的相容性有改善作用。圖2是將各流動(dòng)度曲線的飽和點(diǎn)橫坐標(biāo)重合后的水泥及其摻合料體系在不同減水劑摻量時(shí)的流動(dòng)度曲線,從中可以更清楚地看出各曲線的相關(guān)性。通過Matlab對(duì)圖1和圖2的四條流動(dòng)度曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析,計(jì)算得出CFA0與CFA10、CFA20、CFA30之間的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.9577、0.9721和0.9421,而CFA10、CFA20、CFA30彼此之間更具有相關(guān)性,最高相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.9858。所以圖1曲線和圖2的曲線之間有著一定的相似性。近似認(rèn)為隨著粉煤灰的摻加,圖1中減水劑摻量-漿體初始流動(dòng)度曲線逐漸向左上方移動(dòng)。粉煤灰的摻加可以減少減水劑的用量,起到了類似減水劑的減水作用,并且可以近似地定量比較出粉煤灰與減水劑的減水效率。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析,可以近似地預(yù)測(cè)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果,總結(jié)實(shí)驗(yàn)的客觀規(guī)律,這對(duì)實(shí)驗(yàn)與研究有一定的意義。2.2粉煤灰的水泥漿體通過經(jīng)時(shí)損失來檢測(cè),主要表現(xiàn)為流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失也是評(píng)價(jià)減水劑與水泥相容性的一個(gè)重要指標(biāo)。從圖3和圖4中,可以看出水泥漿體的流動(dòng)度隨時(shí)間的增加逐漸減小,經(jīng)時(shí)流動(dòng)度曲線彼此相似,也有一定的相關(guān)性。30min和60min的經(jīng)時(shí)損失,隨著減水劑摻量的增加而減少,30min的殘余率均在90%以上,60min的殘余率也不低于78%。由此可以推斷JM-PCA(I)聚羧酸高效減水劑減水效率很高,與水泥的相容性好。圖5和圖6分別是不同漿體流動(dòng)度的30min和60min殘余率。摻加粉煤灰的水泥漿體流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失隨減水劑摻量變化的情況與純水泥時(shí)相近。漿體30min的流動(dòng)度殘余率曲線與60min的有相同變化趨勢(shì),但現(xiàn)象不明顯,彼此數(shù)據(jù)過于接近,實(shí)驗(yàn)中用60min流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)損失來反映相容性更為準(zhǔn)確。摻加粉煤灰的水泥漿體30min和60min的經(jīng)時(shí)損失較純水泥小,殘余率更大。且摻加粉煤灰越多,其改善水泥漿體經(jīng)時(shí)損失越明顯。從60min經(jīng)時(shí)損失上觀察,粉煤灰改善了水泥與減水劑的相容性。從圖4-圖6中,漿體在減水劑摻量超過離析點(diǎn)以后,絕大部分漿體30min和60min的殘余率隨著減水劑的增加而迅速增大,有的殘存率還超過了100%。這是由于聚羧酸高效減水劑摻量過多,減水量增多,水泥漿體的自由水增多,漿體離析現(xiàn)象嚴(yán)重,水分過多使水泥漿體的經(jīng)時(shí)損失減小,又由于粉煤灰也有一定的減水作用,摻加粉煤灰的漿體離析表現(xiàn)更為明顯。雖然經(jīng)時(shí)損失小,但這并不是相容性好的表現(xiàn)。現(xiàn)階段學(xué)術(shù)界研究認(rèn)為,減水劑的使用效果隨水泥熟料的礦物組成不同而異,水泥熟料礦物中含鋁相數(shù)量、總堿量、石膏的形態(tài)、游離氧化鈣的含量、混合材種類及摻量、水泥細(xì)度及顆粒組成等都會(huì)影響高效減水劑的相容性。粉煤灰改善減水劑與相容性主要體現(xiàn)在其化學(xué)成分和形態(tài)結(jié)構(gòu)上。通過對(duì)水泥熟料單礦物對(duì)減水劑的等溫吸附的研究證明。它們對(duì)減水劑的吸附順序依次為C3A>C4AF>C3S>C2S。熟料中C3A、C4AF含量較高的水泥,吸附了大量的高效減水劑,使游離的高效減水劑數(shù)量減少,降低了其對(duì)水泥漿體的分散作用,另外C3A含量高加速了凝結(jié)速度,使水泥漿體形成骨架結(jié)構(gòu),降低了流動(dòng)度。在本實(shí)驗(yàn)中,粉煤灰替代了部分水泥,不同程度上減少了水泥中C3A、C4AF的含量。粉煤灰含有較少的C3A和C4AF,且其水化活性較低,水分在初期基本上不參加水化反應(yīng)而大部分包裹在顆粒表面。水泥摻合料體系的減水劑飽和點(diǎn)值相應(yīng)減少,并增加了游離的高效減水劑數(shù)量,使水泥漿體的流動(dòng)度增大。粉煤灰顆粒呈現(xiàn)表面致密、光滑的結(jié)構(gòu),粉煤灰微粒結(jié)構(gòu)吸水能力也很弱,自由水含量較多,一定程度上起到了減水的作用,粉煤灰使水泥漿體凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)。粉煤灰中大量的玻璃微珠可起到潤(rùn)滑和解絮作用,減小了水泥顆粒之間的摩擦阻力。且粉煤灰不參與早期水化,降低了水泥反應(yīng)程度,減少了流動(dòng)度損失。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1.高效減水劑在水泥及混合材漿體上有明顯的飽和點(diǎn)和離析點(diǎn)。粉煤灰可以將減水劑與水泥的飽和點(diǎn)提前,并減少了60min的經(jīng)時(shí)損失。離析點(diǎn)之后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)評(píng)價(jià)減水劑與水泥的相容性沒有意義。通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并配合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才能客觀評(píng)價(jià)減水劑與水泥的相容性。2.粉煤灰的不斷摻加改變了減水劑摻量-漿體初始流動(dòng)度曲線以及曲線上的飽和點(diǎn)和離析點(diǎn),并使曲線逐漸向坐標(biāo)的左上方移動(dòng),利用matlab擬合,可以證明各條曲線之間有一定的相關(guān)性。對(duì)實(shí)驗(yàn)