利用不同方法检测水泥与减水剂相容性的研究

2020-05-11张鹏飞

建材与装饰 2020年12期

关键词：净浆矿渣减水剂

张鹏飞

（中国铁路兰州局集团有限公司工程质量监测所甘肃兰州 730000）

0 引言

水泥减水剂的使用主要起到改善水泥流变性的作用。在进行混凝土施工过程中，对减水剂的检测是一项重要工作内容，其中包括对减水率、泌水率、强度比和匀质性等多种指标的检测，从而确保水泥与减水剂具有较好的相容性，减少混凝土施工过程中的问题。

1 水泥与减水剂相容性的影响因素

水泥与减水剂相容性的检测主要依据2008年颁布的《水泥与减水剂相容性试验方法》（JC/T 1083），其中的主要内容包括初始流动度、流动度经时损失率和减水剂饱和掺量点三方面。同时上述规定也对水泥与减水剂的相容性制定了相应的判断标准，其中在饱和掺量点明确、饱和掺量不高、初始流动度大、经时流动度损失较小、以及在特定的减水剂掺量时净浆无明显泌水现象的情况下，说明水泥与减水剂具有较好的相容性。根据相关研究，影响水泥与减水剂相容性的因素主要为以下几方面。

1.1 熟料质量

水泥熟料的组成成分对于减水剂的应用效果具有一定程度的影响，其中水泥熟料中的不同成分的影响程度也存在区别。在C3A、C4AF、C3S、C2S四种成分当中，由于C3A的吸附性与水化速度相对于其他几种成分更强，C3A对于减水剂的吸附性也较强，对外加剂具有较大影响。在C3A含量较大的情况下与减水剂相容性较低，因此在《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB 10424—2018）中将熟料中的C3A含量作为型式检验项目。

1.2 水泥组成成分及用量

水泥的生产过程中需要应用石膏、粉煤灰、煤矸石等原料，上述原料在水泥中的含量和比例都会对水泥与减水剂的相容性造成影响。比如在水泥生产过程中应用杂质含量较高或有效成分含量较低的石膏，就会造成水泥与外加剂的适应性下降。同时如果其中的碱含量较大，也会降低减水剂与水泥的适应性，造成减水剂塑化效果下降，混凝土坍落度经时损失增大[1]。在混合材的使用方面，通常情况下掺矿渣的水泥相对于掺煤矸石的水泥对减水剂的适应性更强。

1.3 水泥细度与颗粒组成

在水泥生产上主要是根据强度，对细度指标加以确定。在熟料的强度较低、混合材含量较高的情况下一般采用增加粉磨细度的方法提高强度，而在细颗粒含量较大的情况下需水量也相应较高，造成与外加剂相容性降低。同时水泥生产过程中所采用的磨机也会对需水量造成影响，在水泥颗粒球形度较高的情况下需水量相对较小，与外加剂的相容程度也较好。

1.4 水泥生产时间及温度

水泥生产时间与温度也会对水泥与减水剂的相容性造成影响。对于新生产的水泥，由于水泥颗粒存在较多的电荷，具有较强的吸附作用，因此与减水剂的相容性也较低。如果水泥的温度较高，也会造成与减水剂的相容性下降。

2 水泥与减水剂相容性的检测方法

2.1 Marsh筒法

Marsh筒法是《水泥与减水剂相容性试验方法》当中规定的一种检测方法，其应用过程是：事先将水泥与减水剂进行混合，而后将其放置于Marsh筒当中，对水泥浆体注满200mL容量瓶所用的时间进行检测，从而能够对水泥浆的流动性做出检测。通过应用此方法，能够对饱和点高低、Marsh时间以及Marsh时间的变化情况等方面做出判断，从而可得出水泥与减水剂的相容性。Marsh筒法应用的原理在于水泥净浆在重力作用下的流动速度与其表观粘度存在相关性，在表观粘度较大的情况下，流动速度也相对较慢，Marsh时间也相应较长。通过对Marsh时间的分析，能够得出水泥净浆表观粘度情况，也就是表观内摩擦大小。其中表观粘度是指剪切应力与剪切速率之间的比值，在剪切速率发生变化的情况下，表观粘度也随之发生变化。

2.2 净浆流动度法

净浆流动度法与Marsh筒法的原理基本一致，但在使用的检测器材与操作方式上存在差别。净浆流动度法的主要操作方式是在水泥净浆搅拌机当中加入一定数量的水泥、外加剂和水并进行搅拌，而后将搅拌完成后的净浆注入截锥圆模，将截锥圆模提起，对水泥净浆在玻璃平面上流动的最大直径进行检测。其中需要选用的仪器包括水泥净浆搅拌机、截锥圆模、φ400mm×5mm的玻璃板、秒表、300mm钢制直尺、刮刀以及100g、1000g药物天平。

应用此种检测方法时，先将玻璃板放置与水平位置，并利用湿布对玻璃板、截锥圆模、搅拌器及搅拌锅进行清理，使其表面保持湿润，同时不出现水渍，并将截锥圆模放置于玻璃板中间，用湿布将其覆盖。而后称取300g水泥倒入搅拌锅内，根据要求分别添加减水剂与水87g和105g并搅拌3min。搅拌完成后将净浆快速注入截锥圆模内并利用刮刀刮平，从垂直方向提起截锥圆模，开启秒表计时，让水泥净浆在玻璃板上流动1min后，利用直尺分别测量流动范围内相互垂直的两个方向最大直径，将平均值作为水泥净浆流动度。在表示水泥净浆流动度结果时应标注用水量、水泥强度等级标号、型号、厂家、外加剂掺量等信息。最后应保证室内允许偏差在5mm。

2.3 水泥泌水率的检测

通过对水泥泌水率的检测，能够反映出水泥的保水性能，同时也可以用于检测水泥与减水剂的相容性。该检测方法的应用方面，需要事先将250g水、500g水泥放入搅拌锅，通过水泥净浆搅拌机进行搅拌，搅拌过程中先低速搅拌120s，而后暂停15s，对叶片与搅拌锅壁的水泥进行清理，并高速搅拌120s。搅拌完成后利用搅拌勺继续搅拌5s，在搅拌均匀后向300mL量筒当中加入250g水泥净浆，在水泥初凝之前30min左右开始记录，而后每隔20min进行一次记录，直到相邻两次泌水量不继续增加。水泥泌水率的计算公式表示为M=G1/G0×100%，其中M为水泥泌水率；G1为泌水量；G0为水泥砂浆含水量。

3 水泥与减水剂相容性检测方法应用实例

实际的检测工作中，需要采用有效的检测方式，才能对水泥与减水剂的相容性做出准确检测。如某次试验采用了Marsh筒法与泌水率检测相结合的方式，对水泥与减水剂相容性检测方法进行了改进。该项试验采用了成分为95%熟料与5%石膏的P·I型水泥，其中包括石膏、固硫灰与钛矿渣几种成分，减水剂选用了聚羧酸系减水剂，固含量40%。上述成分的配比当中，以P1为基准样，P2中辅助性胶凝材料含量20%，原状固硫灰与钛矿渣比值1：2；P3中上述材料分别为20%与1：1；P4中分别为20%、2：1；P5、P6、P7中辅助性胶凝材料含量均为20%，磨细固硫灰与钛矿渣比值分别为 1：2、1：1、2：1；P8、P9、P10 辅助性胶凝材料含量均为40%，原状固硫灰与钛矿渣比值分别为 1：2、1：1、2：1；P11、P12、P13 辅助性胶凝材料含量均为40%，磨细固硫灰与钛矿渣比值分别为1：2、1：1、2：1[2]。

而后根据《水泥与减水剂相容性试验方法》的要求，利用Marsh筒法以及《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》当中的混凝土泌水试验方法分别进行净浆相容性试验以及泌水量测试。其中相容性指数α=K1K2/K3。根据测试结果，在加入固硫灰与钛矿渣后，不同试样的相容性结果如图1所示。

图1 未修正聚羧酸减水剂体系相容性指数

从图1能够看出，在固硫灰与钛矿渣比值增加的情况下相容性指数逐渐减小，同时在加入磨细固硫灰的情况下，相容性指数相对较高。此外，泌水性也是开展定量评价的关键因素，因此在应用Marsh筒法进行相容性检测的同时通过引进抗泌水性能系数K4对相容性计算公式进行完善，此时相容性计算公式为α=K1K2/K3·K4，相容性指数修正结果如图2所示。