水泥漿體流動度評價方法的實驗研究

0混凝土的后期性能隨著混凝土工業的發展，預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用能帶來較大的社會經濟效益。在水泥用量相等和不降低強度的情況下,可以生產易于澆注的高流動性混凝土;用較低的水量生產正常工作度的高強混凝土;在坍落度和強度相同時,可以節約水泥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,反之則會影響施工,大大影響混凝土的工作性,有時還會出現混凝土在攪拌過程中異常凝結,新拌混凝土坍落度經時損失率大,混凝土泌水、分層離析,減水劑的減水效果不好等現象,導致混凝土后期強度增長緩慢,甚至有下降的趨勢。此外,混凝土的收縮率也會增大,引起開裂,危害混凝土的質量,釀成工程事故。對此,國內外學者在減水劑與水泥相容性的問題上已有大量研究[3~9]。關于相容性問題,加拿大的學者Aiticin用微型坍落度儀測定飽和點值和流動度的經時損失來檢測和評價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,就達到飽和點,且一小時的流動度變化小,就認為減水劑與水泥的相容性好;反之,則稱其相容性差。水泥凈漿流動度在水灰比一定時,隨減水劑摻量的增加而增加,當到達一定摻量后,流動度不再增加,或增加很少,此時的減水劑摻量被稱為飽和點摻量。飽和點摻量越小,說明減水劑的減水效果越好,相應地,對水泥混凝土的強度作用就越大,同時,因所需減水劑的摻入量較小,混凝土的生產成本便得到降低.反之,則減水劑的減水效果差,對水泥混凝土的強度作用小,由減水劑帶入混凝土的生產成本高。經時損失則是水泥漿體隨時間的延長,流動度減小的數值。因此,減水劑的相容性主要由減水劑的摻量飽和點值和水泥漿體60min流動度的經時損失及其均勻性來評價。1原材料和試驗方法1.1粉煤灰的燒失量水泥:廣西華潤紅水河水泥有限公司生產的42.5級普通硅酸鹽水泥。其性能指標見下表。粉煤灰:江門臺山電廠生產的I級粉煤灰(FAI),含水率為0.2%,燒失量1%,細度80μm篩余3%。減水劑:江蘇博特新材料有限公司生產的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、水泥漿體初始流動度和30min,60min流動度及其經時損失以及水泥漿體是否均勻等幾個指標來評價聚羧酸減水劑與水泥及粉煤灰的相容性。相容性測試采用《混凝土外加劑均勻性實驗方法》(GB/T8077-2000)中水泥凈漿流動度測試方法。通過測量水泥漿體流動度的方法對減水劑與水泥以及粉煤灰進行相容性分析。采用微型坍落度儀測水泥漿體的流動度,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,用刮刀刮平,將截面圓錐按垂直方向提起,同時開啟秒表計時,讓水泥漿體在水平玻璃板上自由流動攤開,至30s后用鋼尺測量出相互垂直兩個方向的最大直徑,取平均值。實驗中,水膠比固定為0.29,室溫控制在20±3℃。測出減水劑摻量為0.4%~1.3%,粉煤灰分別等量取代水泥0%,10%,20%,30%時,水泥漿體5min,30min,60min的流動度。并對高效減水劑與水泥相容性以及粉煤灰對相容性的改善效果進行分析。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到最佳流動性。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。飽和點值越小,彼此相容性越好。2.1流動度曲線的相關性分析圖1為水泥及其摻合料體系在不同減水劑摻量時的流動度情況。從圖1可以看出水泥漿體的初始流動度隨著減水劑的增加而不斷地增加。流動度增加的速率大體呈現先增大后減小的現象。其中,在摻加粉煤灰的三個曲線上表現尤其明顯。飽和點的大體位置在流動度增加的速率突然變小的地方,圖形上為第一個明顯拐點處。飽和點之前,水泥漿體初始流動度對減水劑的添加十分敏感,減水劑摻量的微小改變,都會引起水泥漿體初始流動度的變化。飽和點之后的一段區域,漿體的初始流動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,泌水和聚結等現象。曲線的最后一段區域,漿體的初始流動度增加的速率又隨著減水劑摻量的增加而增大,但經過觀察,漿體均勻性差,分層離析和泌水等現象嚴重。當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,由于漿體離析后,漿體出現明顯的水層,過多的水分使不均勻的水泥漿體流動度增大,故漿體初始流動度增加的速率又逐漸增大。該點的位置在曲線第二個明顯拐點左右。圖中減水劑與水泥的飽和點值為1%左右,粉煤灰的摻加對其飽和點值有所降低。粉煤灰使減水劑對水泥的飽和點有所提前,且隨著粉煤灰的摻量增加,減水劑對水泥的飽和點越提前。當粉煤灰摻量達到30%時,減水劑對水泥的飽和點提前到0.6%左右。粉煤灰對水泥與減水劑的相容性有改善作用。圖2是將各流動度曲線的飽和點橫坐標重合后的水泥及其摻合料體系在不同減水劑摻量時的流動度曲線,從中可以更清楚地看出各曲線的相關性。通過Matlab對圖1和圖2的四條流動度曲線數據進行相關性分析,計算得出CFA0與CFA10、CFA20、CFA30之間的相關系數分別達到了0.9577、0.9721和0.9421,而CFA10、CFA20、CFA30彼此之間更具有相關性,最高相關系數可達到0.9858。所以圖1曲線和圖2的曲線之間有著一定的相似性。近似認為隨著粉煤灰的摻加,圖1中減水劑摻量-漿體初始流動度曲線逐漸向左上方移動。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。通過對數據進行相關性分析,可以近似地預測出實驗結果,總結實驗的客觀規律,這對實驗與研究有一定的意義。2.2粉煤灰的水泥漿體通過經時損失來檢測,主要表現為流動度的經時損失也是評價減水劑與水泥相容性的一個重要指標。從圖3和圖4中,可以看出水泥漿體的流動度隨時間的增加逐漸減小,經時流動度曲線彼此相似,也有一定的相關性。30min和60min的經時損失,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度的30min和60min殘余率。摻加粉煤灰的水泥漿體流動度的經時損失隨減水劑摻量變化的情況與純水泥時相近。漿體30min的流動度殘余率曲線與60min的有相同變化趨勢,但現象不明顯,彼此數據過于接近,實驗中用60min流動度的經時損失來反映相容性更為準確。摻加粉煤灰的水泥漿體30min和60min的經時損失較純水泥小,殘余率更大。且摻加粉煤灰越多,其改善水泥漿體經時損失越明顯。從60min經時損失上觀察,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,漿體離析現象嚴重,水分過多使水泥漿體的經時損失減小,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更為明顯。雖然經時損失小,但這并不是相容性好的表現?，F階段學術界研究認為,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量、總堿量、石膏的形態、游離氧化鈣的含量、混合材種類及摻量、水泥細度及顆粒組成等都會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在其化學成分和形態結構上。通過對水泥熟料單礦物對減水劑的等溫吸附的研究證明。它們對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量減少,降低了其對水泥漿體的分散作用,另外C3A含量高加速了凝結速度,使水泥漿體形成骨架結構,降低了流動度。在本實驗中,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值相應減少,并增加了游離的高效減水劑數量,使水泥漿體的流動度增大。粉煤灰顆粒呈現表面致密、光滑的結構,粉煤灰微粒結構吸水能力也很弱,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時間延長。粉煤灰中大量的玻璃微珠可起到潤滑和解絮作用,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,降低了水泥反應程度,減少了流動度損失。3實驗結果分析1.高效減水劑在水泥及混合材漿體上有明顯的飽和點和離析點。粉煤灰可以將減水劑與水泥的飽和點提前,并減少了60min的經時損失。離析點之后實驗數據對評價減水劑與水泥的相容性沒有意義。通過實驗現象并配合實驗數據才能客觀評價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-漿體初始流動度曲線以及曲線上的飽和點和離析點,并使曲線逐漸向坐標的左上方移動,利用matlab擬合,可以證明各條曲線之間有一定的相關性。對實驗