鐵尾礦石粉細(xì)度對(duì)水泥漿體相容性的影響研究

劉駿超 李崇智

（北京建筑大學(xué)北京高等學(xué)?！肮こ探Y(jié)構(gòu)與新材料”研究中心，北京 100044）

相容性是指在同一個(gè)連通的體系中，存在兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，個(gè)體之間相互作用、相互影響，最終對(duì)整個(gè)體系產(chǎn)生合力影響。相容性的優(yōu)良直接影響體系所呈現(xiàn)出的效果[1]。標(biāo)準(zhǔn)JC/T1083-2008對(duì)減水劑-水泥體系的相容性進(jìn)行量化，即使用相同的減水劑或者水泥時(shí)，由于其中之一的質(zhì)量變化引起水泥漿體的流動(dòng)性與經(jīng)時(shí)損失變化，以及獲得相同流動(dòng)性情況下，所加入減水劑量的變化程度。根據(jù)定義，對(duì)減水劑-水泥體系[2]進(jìn)行引申，將石粉引入體系，對(duì)減水劑-水泥-石粉體系進(jìn)行研究，研究石粉細(xì)度的變化對(duì)體系性能的影響，包括初始凈漿流動(dòng)度、經(jīng)時(shí)流動(dòng)度損失、Zeta電位經(jīng)時(shí)變化。由于級(jí)配的連續(xù)性，粒徑在0.075mm~0.15mm之間的顆粒也列入石粉的研究范圍。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥

采用北京金隅P.O42.5水泥，性能指標(biāo)如表1所示。

（2）石粉

選用北京首云礦業(yè)有限公司生產(chǎn)的鐵尾礦砂，對(duì)鐵尾礦砂進(jìn)行碾磨處理，不同碾磨時(shí)間制成不同細(xì)度的石粉，分別制備出D0.15、D0.075和D0.045三個(gè)級(jí)別，D0.075表示石粉中90%的顆粒粒徑小于0.075mm，其它依此類推。

表1 水泥性能指標(biāo)

（3）外加劑

北京某公司生產(chǎn)的緩釋型聚羧酸減水劑，固含量均為20%，含氣量1.5%，減水率大于26%，符合《混凝土外加劑》（GB8076-2008）和《聚梭酸系高性能減水劑》（JG/T223-2007）的要求。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）水泥凈漿試驗(yàn)方法

將《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》（GB/T8077-2000）中凈漿制備的方法稍加改動(dòng)，凈漿制備時(shí)，先將三種細(xì)度的石粉以外摻的方式加入水泥，再倒入鍋中攪拌，石粉摻量為水泥質(zhì)量的5%，水泥用量為300g，水與外加劑總量為87g，其它步驟與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法一致。凈漿制備完成后，每隔半小時(shí)對(duì)凈漿的流動(dòng)度進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)間點(diǎn)分別為初始、30min、60min和90min。

（2）Zeta電位試驗(yàn)方法

采用上海中晨數(shù)字設(shè)備有限公司生產(chǎn)的JS94H型微電泳儀進(jìn)行Zeta電位試驗(yàn)，取0.1g制備好的水泥凈漿摻入100g去離子水中，用玻璃棒攪拌15s，靜置1min，取上層清液滴加入電泳儀比色皿中，放入儀器進(jìn)行Zeta電位測(cè)定。每隔30min對(duì)凈漿試樣進(jìn)行Zeta電位測(cè)定，測(cè)定時(shí)間緊隨凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)。

圖1 減水劑摻量0.6%時(shí)的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度

圖2 減水劑摻量0.7%時(shí)的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度

圖3 減水劑摻量0.6%時(shí)的凈漿Zeta電位

2 結(jié)果與分析

2.1 凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)

圖1是減水劑摻量0.6%時(shí)凈漿的經(jīng)時(shí)流動(dòng)度情況。從圖中可看出，不摻石粉的空白組凈漿經(jīng)時(shí)變化較小，流動(dòng)度基本為240mm，90min流動(dòng)度損失為0mm，說(shuō)明減水劑與水泥的相容性較好；摻入石粉D0.15的凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)變化較?。?/p>

摻入石粉D0.075和D0.045的凈漿初始流動(dòng)度相較于前兩組有所下降，說(shuō)明石粉越細(xì)，需水效應(yīng)越明顯；隨著時(shí)間推移，后兩組的流動(dòng)度損失不斷增加，但摻入石粉D0.045的凈漿流動(dòng)度損失小于摻入D0.075的組別。這說(shuō)明石粉的分散作用[3]與石粉自身的性質(zhì)有關(guān)。

分析其原因：石粉顆粒越細(xì)，在減水劑的作用下顆粒更易分散，使被包裹的水分被充分釋放，從而降低了凈漿流動(dòng)度損失。提高減水劑摻量后該現(xiàn)象更加明顯，從圖2可看出，摻入石粉D0.045的經(jīng)時(shí)流動(dòng)度損失明顯低于摻入石粉D0.075的組別；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，提高減水劑摻量也可增大各組凈漿流動(dòng)度，并降低流動(dòng)度損失，減水劑摻量的提高使更多陰離子吸附在水泥顆粒表面，增大了顆粒間的靜電斥力和空間位阻效應(yīng)，減小了水泥顆粒之間的摩擦，從而提高了凈漿流動(dòng)度。

圖4 減水劑摻量0.7%時(shí)的凈漿Zeta電位

2.2 Zeta電位試驗(yàn)

圖3 和圖4分別表示不同減水劑摻量下石粉細(xì)度對(duì)凈漿Zeta電位的影響。Zeta電位的大小代表者顆粒表面陰離子電荷的多少，所帶電荷越大，說(shuō)明顆粒表面吸附的減水劑分子越多，顆粒之間的分散性越好。從圖3中可看出，不摻石粉的凈漿Zeta電位相對(duì)較高，30m in時(shí)的Zeta電位達(dá)到-10.1mv，隨著時(shí)間的推移，減水劑的分散效果不斷增強(qiáng)，不摻石粉和摻石粉D0.045的凈漿Zeta電位呈上升趨勢(shì)，30m in時(shí)達(dá)到最大值；隨著時(shí)間進(jìn)一步推移，減水劑分散效果逐漸減弱，顆粒表面的雙電層中陽(yáng)離子數(shù)量越來(lái)越多，Zeta電位逐漸回落；提高減水劑摻量可增大顆粒表面陰離子數(shù)量，使Zeta電位整體增大，凈漿則表現(xiàn)出更好的流動(dòng)性。

從圖4中發(fā)現(xiàn)，摻石粉D0.045的凈漿經(jīng)時(shí)Zeta電位變化較小，而其它組的Zeta電位均隨時(shí)間推移而不同程度的減小，究其原因，可能是石粉D0.045的顆粒粒徑較小，同等摻量下具有更多顆粒數(shù)量，這些細(xì)小的石粉顆粒吸附減水劑分子后形成了空間位阻，因此隨著時(shí)間的推移，摻石粉D0.045的凈漿Zeta電位較穩(wěn)定。

結(jié)論

（1）當(dāng)減水劑摻量為0.6%時(shí)，細(xì)度為D0.075的鐵尾礦石粉初始凈漿流動(dòng)度為225mm，90min為160mm，低于其它細(xì)度的石粉，吸附減水劑的能力最強(qiáng)，需水行為最明顯，鐵尾礦石粉吸附外加劑能力的強(qiáng)弱關(guān)系為：石粉D0.075＞石粉D0.045＞不摻石粉＞石粉D0.15。

（2）當(dāng)減水劑摻量為0.6%時(shí)，不摻石粉的水泥凈漿30min的Zeta電位值最大，為-10.1mv，此時(shí)水泥凈漿的分散性最佳，各組水泥凈漿Zeta電位的強(qiáng)弱關(guān)系為：不摻石粉＞石粉D0.045＞石粉D0.075＞石粉D0.15。

（3）隨著減水劑摻量的提高，水泥凈漿初始流動(dòng)度和Zeta電位均整體呈增大趨勢(shì)，且經(jīng)時(shí)變化趨于穩(wěn)定。

[1] 郭清春。聚羧酸減水劑與減縮劑的相容性研究.重慶大學(xué),2012。

[2] 李崇智，馮乃謙，牛全林。高性能混凝土的研究與應(yīng)用-第五屆全國(guó)高性能混凝土學(xué)術(shù)交流會(huì)論文，2004。

[3] 文俊強(qiáng)。石灰石粉作混凝土摻合料的性能研究及機(jī)理分析[D]。北京:中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院，2010。