混合材对水泥与减水剂适应性的影响研究

　　摘要：通过对掺高效减水剂水泥净浆流动性及流动性损失的测定试验，研究了3种混合材(粉煤灰、水淬高炉矿渣和沸石)在不同替代率情况下对减水剂作用效果的影响。结果表明：水淬高炉矿渣有利于改善减水剂与水泥的适应性，而掺粉煤灰和沸石(尤其是沸石)则会导致减水剂塑化作用的降低，而且浆体流动性损失也有增大趋势。

　　关键词：高效减水剂；水泥；流动性；粉煤灰；水淬高炉矿渣；沸石

　　Abstract：The three kinds of blending materials(i．e．fly ash，ground water-granulated blast furnace slag and zeolite)on the actions of superplasticizer to cement are investigated by testing the fluidity and fluidity loss of cement pastes added with superplasticizer．The test results indicate that ground water-granulated blast furnace slag in cement can help to enhance the compatibility between superplasticizer and cement while addition of fly ash or zeolite(especially zeolite)will lead to reduction of fluidity and fast loss of fluidity of cement pastes．

　　Key words：superplasticizer；cement；fluidity；fly ash；ground water-granulated blast furnace slag；zeolite

　　0引言

　　混凝土外加剂与水泥之间的适应性问题长期以来一直影响着混凝土外加剂的正常使用和其功能的发挥，研究并解决这一问题关系到外加剂的应用效果和一些工程事故的避免。本文将通过试验，研究水泥中混合材的种类和替代率对高效减水剂作用效果的影响及其规律，希望对实际工程有所裨益。

　　1 试验

　　试验用水泥为海螺牌P·O52．5级；减水剂为Mighty-100粉剂高效减水剂，Na₂SO₄含量<0．4％ ，Clˉ含量<0．02％ ；3种混合材为水淬高炉矿渣、粉煤灰和沸石，化学成分分析结果如表1，粉煤灰为Ⅱ级灰，比表面积370㎡／kg，沸石和水淬高炉矿渣均粉磨至比表面积(370±20) ㎡／kg；拌和水为自来水。

　　采用自行设计的试验装置和试验方法，测定净浆的流动性和流动性保持情况。具体是将1个内径为65mm，高为120mm的圆柱筒放在光面平板玻璃上，将搅拌好的水泥净浆连续置入圆柱筒内，抹平上表面后，垂直提起圆柱筒，让净浆在玻璃板上自由流动，等流动停止后，在2个相互垂直的方向上测量净浆铺展直径，取平均值作为净浆流动性的量值。

　　将称量好的水泥和混合材在净浆搅拌机中干混均匀，加入减水剂和水，搅拌3min后，测定初始流动性，测量后将净浆装入密封袋以避免水分蒸发，待停放30min、60min和120min时，分别搅拌1min后再测定其流动性。

　　为研究用混合材等量替代水泥后对高效减水剂作用效果的影响，试验测定了使纯水泥浆体掺减水剂流动性达(400±20)mm情况下，用3种混合材分别等量替代部分水泥，在水胶比和减水剂掺量相同时，对浆体流动性和流动性保持性的影响，见表2。

　　2 试验结果与讨论

　　试验结果如表3。从表中的数据可以看出，由于Mighty-100高效减水剂的塑化作用，达相同流动性情况下，PR浆体的水胶比比P0减小了43．5％ 。同时，PR浆体的流动性保持性也相对比P0浆体为好。Mighty-100高效减水剂属于高浓型减水剂，有效成分含量高，在纯水泥浆体中掺加0．7％时，除了在水泥颗粒表面吸附有1层单分子层的减水剂分子外，在液相中尚剩余相当一部分减水剂分子，能使浆体的流动性维持在较长一段时间内不损失，甚至有所增大，但浆体在60min以后，其流动性开始降低。

　　然而，当用3种混合材等量替代部分水泥时，尽管减水剂掺量和浆体的水胶比均保持不变，但浆体的初始流动性和流动性保持情况却与PR浆体有较大的区别。

　　
　　从表3和图1可以看出：

　　1)用矿渣等量替代水泥的浆体SR10、SR30、SR50和SR70，其初始流动性都比PR浆体的大，且随替代率的增加，浆体初始流动性增大。

　　2)用粉煤灰等量替代水泥的浆体FR10、FR20、FR30、FR40和FR50，其初始流动性与粉煤灰替代率有关，当替代率为10％ 和20％ 时，比PR的稍大；当替代率≥30％ 时，有所减小。

　　3)当用沸石等量替代部分水泥时，将引起浆体的初始流动性大幅度降低，当替代率为5％ 、10％ 、15％ 和20％ 时，分别比PR浆体降低了9．2％ 、16．2％ 、19．2％ 和28．6％ 。

　　矿渣对改善减水剂塑化效果、提高混凝土拌和物的初始流动性有很大帮助；用Ⅱ级粉煤灰作水泥混合材时，粉煤灰的替代率对混凝土初始流动性影响不大；而用沸石作为水泥混合材或用作混凝土掺和料时，则对混凝土初始流动性影响很大。

　　2．2 混合材对掺减水剂浆体流动性保持性的影响

　　矿渣对掺高效减水剂浆体流动性保持性的影响见图2。

　　从图2可以看出，掺高效减水剂的纯水泥浆体(PR)，其流动性在0～60min内未有损失，且有所增加，这可能是由于浆体粘度变化引起的，并非高效减水剂的塑化效果随静放时间延长而有所增强。PR浆体的流动性在经过120min后损失了5．5％ 。与PR浆体相比，当用矿渣等量替代部分水泥，几种浆体在0～60min内的流动性的保持性更加显著，而且在120min后也未损失。

　　相比较而言，随着矿渣替代率的增加，浆体流动性的保持性增强。

　　2．2．2 粉煤灰

　　粉煤灰对掺高效减水剂浆体流动性保持性的影响情况可以从图3中观察。图3显示，随着粉煤灰替代率的增大，浆体流动性损失率增加。

　　用沸石即使替代率很低，也会引起掺高效减水剂浆体流动性损失的加剧。图4显示，这种加速损失的现象主要出现在60～120min内，而在0～60min内，只有沸石替代率超过15％左右时，浆体的流动性损失才较明显。

　　导致掺高效减水剂浆体流动性经时损失的原因主要在于：① 胶凝材料的不断水化引起浆体中固液相比例增大；②减水剂逐渐被浆体中固体颗粒吸附于内部空腔壁上，起不到较好的塑化作用；③ 固体颗粒表面的减水剂吸附层逐渐被胶凝材料水化产物所覆盖；④ 部分拌和水逐渐被水泥或混合材颗粒的内部孔隙所吸附等。

　　水淬高炉矿渣硬度比水泥熟料高，粉磨成细颗粒后一般形状不佳，属于多角型，但它与水泥颗粒之间，或矿渣颗粒之间的接触点面积较小，而且矿渣粉颗粒具有斥水作用，对减水剂的吸附作用也小，所以用矿渣替代部分水泥时可以改善浆体的流动性。

　　粉煤灰为多孔性的中空圆球体，但普通的粉煤灰(如Ⅱ级粉煤灰)一般含碳量偏大，对减水剂分子的吸附作用比水泥颗粒大，所以当减水剂存在时，掺粉煤灰的水泥浆体尽管初始流动性尚可，但随着时间的推移，粉煤灰颗粒吸附了较多的减水剂分子，致使浆体流动性在0～60min内便表现出较大的损失。

　　沸石是一种软质多孔材料，内部有大量的空腔与孔道，表现为内比表面积非常大，对减水剂的吸附强烈，而且其结构中硅(铝)氧四面体结构空间的需水量较大，加水拌和开始时不仅有一部分水被沸石颗粒吸入内部的空腔与孔道，造成拌和物流动性的降低，所以随着沸石替代率的增加，浆体的初始流动性显著降低。但沸石开始接触水时毕竟呈化学惰性，尽管大量吸附水分和减水剂分子，致使浆体的流动性较差，但在0～30min甚至30～60min内浆体的流动性保持性尚可，只是60min以后，浆体中由于水泥的水化，固液比显著增加，再加上固体颗粒表面减水剂分子吸附层被水泥水化产物覆盖浆体逐渐稠化，表现为流动性急剧减小。

　　3 结论

　　1)水淬高炉矿渣、粉煤灰和沸石作水泥混合材时，对高效减水剂的塑化效果以及掺高效减水剂浆体的流动性保持性均有一定影响。

　　2)矿渣作为混合材对掺高效减水剂的混凝土初始流动性有辅助增强作用。Ⅱ级粉煤灰和沸石替代率的增加将降低混凝土的初始流动性。

　　3)在有高效减水剂存在的情况下，掺矿渣的水泥浆体的流动性保持性非常理想，而掺粉煤灰或沸石流动性损失比较大，尤其是掺沸石时。