礦物摻合料對(duì)水泥與高效減水劑相容性影響的試驗(yàn)研究

閆彭亮　閆麗穎　白潤山

(1.河北建筑工程學(xué)院,河北 張家口 075000;2.河北科技師范學(xué)院,河北 秦皇島 066004)

?

礦物摻合料對(duì)水泥與高效減水劑相容性影響的試驗(yàn)研究

閆彭亮1閆麗穎2白潤山1

(1.河北建筑工程學(xué)院,河北 張家口 075000;2.河北科技師范學(xué)院,河北 秦皇島 066004)

采用萘系高效減水劑與摻有粉煤灰、礦粉、復(fù)合粉等礦物摻合料的水泥，在不同溫度下進(jìn)行水泥流動(dòng)度試驗(yàn)，測定水泥凈漿流動(dòng)度，分析粉煤灰、礦粉、復(fù)合粉、溫度等因素對(duì)水泥與萘系減水劑相容性的影響，研究結(jié)果表明：粉煤灰、礦粉、復(fù)合粉可以改善水泥凈漿流動(dòng)度；溫度升高抑制水泥凈漿流動(dòng)度；復(fù)合粉中的粉煤灰、礦粉對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度促進(jìn)作用不是簡單的疊加關(guān)系，而是相互影響的；在改善萘系減水劑與水泥相容性方面，粉煤灰>礦粉>復(fù)合粉>空白.

礦物摻合料；溫度；水泥凈漿流動(dòng)度；相容性

0　引　言

粉煤灰、礦粉單摻或復(fù)摻廣泛地用于高性能混凝土，已成為現(xiàn)代混凝土技術(shù)研究的新趨勢[1,2]，然而，相關(guān)研究表明[3]，粉煤灰、礦粉復(fù)摻應(yīng)用于普通混凝土中不像應(yīng)用于高性能混凝土那樣顯著地改善混凝土的性能，粉煤灰、礦粉復(fù)摻在普通混凝土中的研究尚少，工程應(yīng)用不廣泛.其實(shí)，粉煤灰、礦粉這兩種活性礦物摻合料復(fù)摻用于普通混凝土，同樣可有效改善混凝土的性能，降低成本.另據(jù)相關(guān)的研究表明[4]，溫度顯著地影響水泥與高效減水劑相容性，溫度升高導(dǎo)致流動(dòng)度降低，即水泥與高效減水劑相容性變差.

本文通過研究萘系高效減水劑與摻有粉煤灰、礦粉、復(fù)合粉等礦物摻合料的水泥的關(guān)系，探討粉煤灰、礦粉、復(fù)合粉等礦物摻合料以及溫度對(duì)于水泥凈漿流動(dòng)度影響，為實(shí)際工程的應(yīng)用提供一定的借鑒.

1　原材料與試驗(yàn)方法

1.1原材料

(1)水泥品種：張家口宣化水泥廠生產(chǎn)的水泥，為普通硅酸鹽水泥，其強(qiáng)度等級(jí)為42.5.ρ=3000 kg/m3.詳細(xì)指標(biāo)見表1.

表1　水泥的品種及性能

(2)萘系高效減水劑(JK-2)，生產(chǎn)廠家為北京某廠.

(3)粉煤灰品種：張家口某電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰，表觀密度ρ=2200 kg/m3.

(4)礦渣粉.

表觀密度為2900 kg/m3，礦渣等級(jí)按質(zhì)量系數(shù)、化學(xué)成分、容重和粒度分為合格品和優(yōu)等品，技術(shù)要求見表2、表3.

表2　礦渣的質(zhì)量系數(shù)和化學(xué)成分指標(biāo)

表3　礦渣的松散容重和粒度指標(biāo)

(5)復(fù)合粉：粉煤灰與礦粉按質(zhì)量比3∶1混合.

(6)水：采用張家口市市政管網(wǎng)自來水.

1.2試驗(yàn)方法

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了四組試驗(yàn)，第一組為測定不同粉煤灰摻量在不同溫度下的水泥凈漿流動(dòng)度，第二組為不同礦粉摻量在不同溫度下的水泥凈漿流動(dòng)度，第三組為不同復(fù)合粉摻量在不同溫度下的水泥凈漿流動(dòng)度，第四組為外界條件一定的情況下，以粉煤灰、礦粉最優(yōu)摻量，測定三種水泥漿的流動(dòng)度損失.四組試驗(yàn)采用GB/T 8077-2012《混凝土外加劑均質(zhì)性試驗(yàn)方法》中水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)方法.四組試驗(yàn)的水灰比都為0.292，萘系高效減水劑摻量為0.4%.

所用的儀器包括水泥凈漿攪拌機(jī)、截錐圓模、玻璃平板(400 mm*400 mm*5 mm)、3直尺(量程300 mm)、記時(shí)器(最小單位為秒).

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1不同粉煤灰摻量、不同溫度的水泥凈漿流動(dòng)度

在溫度變化的情況下，以不同比例的粉煤灰取代水泥后的水泥凈漿流動(dòng)度如圖1所示，通過分析圖1的曲線變化趨勢可以發(fā)現(xiàn)，水泥溫度、粉煤灰摻量對(duì)于水泥凈漿流動(dòng)度有很大的影響.

圖1　靜置時(shí)間為0 min時(shí)粉煤灰摻量對(duì)水泥流動(dòng)度的影響

以溫度為參考目標(biāo)，溫度為17 ℃的水泥凈漿流動(dòng)度曲線明顯高于其他溫度曲線，31 ℃的水泥凈漿流動(dòng)度曲線次之，52 ℃、80 ℃的水泥水泥凈漿流動(dòng)度曲線變化基本相同，但都明顯低于前兩者，由此可知，水泥凈漿流動(dòng)度隨著溫度的升高而降低.

以粉煤灰摻量為參考目標(biāo)，在粉煤灰以5%至10%取代水泥的范圍內(nèi)，四條曲線變化趨勢不明顯.在粉煤灰以10%至25%取代水泥的范圍內(nèi)，17 ℃、31 ℃的兩條曲線變化較為明顯，且溫度為17 ℃的曲線在粉煤灰摻量為15%時(shí)，水泥的流動(dòng)度達(dá)到最大，粉煤灰摻量15%為其飽和摻量點(diǎn).同理可知，溫度為31 ℃的曲線在粉煤灰摻量為20%時(shí)為其飽和摻量點(diǎn).觀察四條曲線的趨勢可知，隨著溫度的升高，粉煤灰的飽和點(diǎn)摻量增大，且水泥凈漿流動(dòng)度有降低趨勢.

相關(guān)文獻(xiàn)研究表明：以溫度為控制變量，水泥凈漿流動(dòng)度隨著溫度的增高而降低；以粉煤灰摻量為控制變量[5]，水泥凈漿流動(dòng)度隨著粉煤灰摻量的增加而先增加后減小.結(jié)合本試驗(yàn)的曲線變化及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，解釋上述試驗(yàn)現(xiàn)象：粉煤灰以5%至10%取代水泥時(shí)，粉煤灰填充在水泥顆粒中所起到的滾珠軸承作用不明顯，故水泥凈漿流動(dòng)度變化不明顯.粉煤灰以15%至25%取代水泥時(shí)，粉煤灰的微集料效應(yīng)明顯，宏觀表現(xiàn)為17 ℃、31 ℃溫度下，水泥凈漿的初始流動(dòng)度增大，而31 ℃的曲線在粉煤灰摻量為20%達(dá)到峰值后開始下降，可能是因?yàn)榉勖夯抑休^多的SiO2、Al2O3，顆粒比表面積大，吸附在萘系減水劑表面，限制了萘系減水劑的效果，宏觀變現(xiàn)為水泥凈漿的初始流動(dòng)度下降，17 ℃曲線變化原理與31 ℃一致.

2.2不同礦粉摻量、不同溫度的水泥凈漿流動(dòng)度

圖2　靜置時(shí)間為0 min時(shí)礦粉摻量對(duì)水泥流動(dòng)度的影響

在不同溫度下不同摻量的礦粉對(duì)于水泥凈漿流動(dòng)度的影響如圖2所示，由圖2可知，以溫度為控制變量，溫度為17 ℃的水泥凈漿流動(dòng)度曲線明顯高于其他溫度曲線.溫度為31 ℃的曲線在粉煤灰摻量高于15%時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度增長明顯.52 ℃、80 ℃的水泥水泥凈漿流動(dòng)度曲線隨著粉煤灰摻量無明顯變化.

以礦粉為控制變量，溫度為17 ℃的曲線在5%至15%增長明顯，在15%達(dá)到最高點(diǎn)，為礦粉的飽和摻量點(diǎn).溫度為31 ℃的曲線在5%至15%變化不明顯，在15%至25%增長幅度大，可認(rèn)為礦粉摻量25%為其飽和摻量點(diǎn).在水泥溫度為52 ℃、80 ℃時(shí)，隨著礦粉量替代比例的提高，水泥凈漿流動(dòng)度增長不明顯.觀察四條曲線的趨勢可知，隨著溫度的升高，礦粉的飽和點(diǎn)摻量增大，且水泥凈漿流動(dòng)度有降低趨勢.

解釋上述試驗(yàn)現(xiàn)象：溫度為52 ℃、80 ℃，水泥凈漿流動(dòng)度不隨礦粉增加而增長，是由于過高的溫度限制了減水劑的活性導(dǎo)致.溫度為17 ℃、31 ℃時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度變化較為明顯，是由于小顆粒的礦粉填充在水泥顆粒間的空隙中[6]，置換了期間的水，促進(jìn)了水泥凈漿流動(dòng)度增大.17 ℃的曲線在15%到達(dá)峰值，也是由于礦粉吸附作用限制了減水劑活性.

2.3不同復(fù)合粉摻量、不同溫度的水泥凈漿流動(dòng)度

在不同復(fù)合粉摻量、不同溫度的水泥凈漿流動(dòng)度如圖3所示.由圖3可知，溫度為17 ℃時(shí)的曲線，復(fù)合粉摻量在15%時(shí)沒有達(dá)到最大值.復(fù)合粉在5%-15%變化時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度變化較小，15%-25%變化時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度變化顯著.在復(fù)合粉摻量相同的情況下，溫度越高，水泥凈漿流動(dòng)度越低.

解釋上述試驗(yàn)現(xiàn)象：復(fù)合粉在5%-15%變化，水泥凈漿流動(dòng)度變化較小，可能是由于粉煤灰與礦粉摻量都較低，而且兩種礦物摻合料對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度促進(jìn)關(guān)系不是簡單地疊加關(guān)系.同理，在15%至25%時(shí)由于粉煤灰與礦粉摻量增大，水泥凈漿流動(dòng)度有所提高.

圖3　靜置時(shí)間為0 min時(shí)復(fù)合粉摻量對(duì)水泥流動(dòng)度的影響

2.4溫度相同，礦物摻合料不同的水泥凈漿流動(dòng)度

礦物摻合料為15%時(shí)，溫度為17 ℃時(shí)，0 min、15 min、30 min的水泥凈漿流動(dòng)度如表4所示，分析表4數(shù)據(jù)可知，摻加15%礦粉的試驗(yàn)組水泥流動(dòng)度損失嚴(yán)重；不摻加礦物摻合料、摻加15%粉煤灰的兩組試驗(yàn)水泥流動(dòng)度損失較小；摻加15%復(fù)合粉的水泥凈漿流動(dòng)度幾乎沒有損失.具體來說，溫度為17 ℃的條件下，不摻加礦物摻合料在15 min的損失率為29.4%，在30 min損失為29.4%；溫度為17 ℃的條件下，粉煤灰摻量為15%在15 min的損失率為24.6%，在30 min損失為38%；溫度為17 ℃的條件下，礦粉摻量為15%在15 min的損失率為48.2%，在30 min損失為50.7%；溫度為17 ℃的條件下，粉煤灰摻量為15%在15 min的損失率為1.5%，在30 min損失為2.2%.

表4　礦物摻合料為15%時(shí)(溫度為17 ℃)水泥凈漿流動(dòng)度

由試驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論，摻加15%粉煤灰與不摻加礦物摻合料的流動(dòng)度損失較為接近，而摻加15%粉煤灰的流動(dòng)度大于不摻加礦物摻合料的流動(dòng)度.摻加15%礦粉雖然初始流動(dòng)度較大，流動(dòng)度損失高達(dá)50左右，流動(dòng)度仍大于不摻加礦物摻合料的流動(dòng)度.摻加15%的復(fù)合粉對(duì)流動(dòng)度影響較小.綜上所述，在改善萘系減水劑與水泥相容性方面，粉煤灰>礦粉>復(fù)合粉>空白.

3　結(jié)　論

1)粉煤灰、礦粉、復(fù)合粉可以改善水泥的初始流動(dòng)度，溫度升高會(huì)抑制水泥凈漿流動(dòng)度

2)粉煤灰、礦粉摻量在摻量15%、溫度17 ℃的條件下同時(shí)到達(dá)初始流動(dòng)度最大值，而在相同條件下，摻加復(fù)合粉的水泥凈漿流動(dòng)度未到達(dá)最大值，粉煤灰、礦粉對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度促進(jìn)關(guān)系不是簡單的疊加關(guān)系.3)在改善萘系減水劑與水泥相容性方面，粉煤灰>礦粉>復(fù)合粉>空白.

[1]談海濤.摻粉煤灰和礦粉的高性能混凝土的力學(xué)性能研究[J].粉煤灰綜合利用,2012,02:25～27

[2]陳笑生.雙摻粉煤灰和礦粉的高性能混凝土力學(xué)性能研究[J].廣東建材,2012,08:4～6

[3]周業(yè)梅,趙海蓮.粉煤灰與礦粉復(fù)摻在商品混凝土中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù),2011,S2:125～127

[4]黃盛.水泥與萘系減水劑的相容性試驗(yàn)研究[J].低溫建筑技術(shù),2013,08:19～20

[5]何智海,劉寶舉,楊元霞.粉煤灰對(duì)水泥膠凝體系與高效減水劑相容性影響的研究[J].粉煤灰,2006,03:3～5

[6]萬惠文,唐春剛,張瑜.礦物摻和料與高效減水劑對(duì)漿體流變性的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007,12:11～14+43

[7]張芳,溫超凱,張林,王軍.礦粉對(duì)水泥和混凝土性能的影響[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào),2013,11:43～48

[8]唐兵,程從密.粉煤灰與水泥、減水劑相容性及質(zhì)量控制[J].混凝土,2005,09:64～67

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

[10]郭雅妮,劉長生,丁慶軍.羧酸型減水劑與水泥的相容性研究[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào),2007,04:67～69+83

Experimental Study on the Impact of Mineral Admixture on the Compatibility of Cement and Superplasticizer

YAN Peng-liang1,YAN Li-ying2,BAI Run-shan1

(1.Hebei University of Architecture,Zhangjiakou 075000,China;2.Hebei Normal University of Science & Technology,Qinhuangdao 066004,China)

The cement paste fluidity which was blended naphthalene superplasticizer and cement mixed with mineral admixture such as fly ash,mineral powder and composite powder was used to test initial fluidity of cement paste at different temperature,and to analyze the influence of fly ash,mineral powder,composite powder,and temperature on compatibility of cement with superplasticizer.The results show that fly ash,mineral powder and composite powder can improve the cement initial fluidity;the rise in temperature can suppress the initial flow of cement paste;the promotion action of the composite powder of fly ash and mineral powder on initial fluidity of cement is not a simple line relation but a complex one;in improving the compatibility of naphthalene series water reducing agent and cement,fly ash is greater than mineral powder,mineral powder is greater than composite powder,and composite powder is greater than nothing.

mineral admixture;temperature;initial fluidity of cement;compatibility

2016-01-10

2015年張家口市科技局項(xiàng)目(I421010B)

閆彭亮(1990-)，男，碩士研究生在讀.

TU 5

A