利用不同方法檢測(cè)水泥與減水劑相容性的研究

張鵬飛

（中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)所 甘肅蘭州 730000）

0 引言

水泥減水劑的使用主要起到改善水泥流變性的作用。在進(jìn)行混凝土施工過程中，對(duì)減水劑的檢測(cè)是一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，其中包括對(duì)減水率、泌水率、強(qiáng)度比和勻質(zhì)性等多種指標(biāo)的檢測(cè)，從而確保水泥與減水劑具有較好的相容性，減少混凝土施工過程中的問題。

1 水泥與減水劑相容性的影響因素

水泥與減水劑相容性的檢測(cè)主要依據(jù)2008年頒布的《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》（JC/T 1083），其中的主要內(nèi)容包括初始流動(dòng)度、流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失率和減水劑飽和摻量點(diǎn)三方面。同時(shí)上述規(guī)定也對(duì)水泥與減水劑的相容性制定了相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，其中在飽和摻量點(diǎn)明確、飽和摻量不高、初始流動(dòng)度大、經(jīng)時(shí)流動(dòng)度損失較小、以及在特定的減水劑摻量時(shí)凈漿無明顯泌水現(xiàn)象的情況下，說明水泥與減水劑具有較好的相容性。根據(jù)相關(guān)研究，影響水泥與減水劑相容性的因素主要為以下幾方面。

1.1 熟料質(zhì)量

水泥熟料的組成成分對(duì)于減水劑的應(yīng)用效果具有一定程度的影響，其中水泥熟料中的不同成分的影響程度也存在區(qū)別。在C3A、C4AF、C3S、C2S四種成分當(dāng)中，由于C3A的吸附性與水化速度相對(duì)于其他幾種成分更強(qiáng)，C3A對(duì)于減水劑的吸附性也較強(qiáng)，對(duì)外加劑具有較大影響。在C3A含量較大的情況下與減水劑相容性較低，因此在《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424—2018）中將熟料中的C3A含量作為型式檢驗(yàn)項(xiàng)目。

1.2 水泥組成成分及用量

水泥的生產(chǎn)過程中需要應(yīng)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會(huì)對(duì)水泥與減水劑的相容性造成影響。比如在水泥生產(chǎn)過程中應(yīng)用雜質(zhì)含量較高或有效成分含量較低的石膏，就會(huì)造成水泥與外加劑的適應(yīng)性下降。同時(shí)如果其中的堿含量較大，也會(huì)降低減水劑與水泥的適應(yīng)性，造成減水劑塑化效果下降，混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失增大[1]。在混合材的使用方面，通常情況下?lián)降V渣的水泥相對(duì)于摻煤矸石的水泥對(duì)減水劑的適應(yīng)性更強(qiáng)。

1.3 水泥細(xì)度與顆粒組成

在水泥生產(chǎn)上主要是根據(jù)強(qiáng)度，對(duì)細(xì)度指標(biāo)加以確定。在熟料的強(qiáng)度較低、混合材含量較高的情況下一般采用增加粉磨細(xì)度的方法提高強(qiáng)度，而在細(xì)顆粒含量較大的情況下需水量也相應(yīng)較高，造成與外加劑相容性降低。同時(shí)水泥生產(chǎn)過程中所采用的磨機(jī)也會(huì)對(duì)需水量造成影響，在水泥顆粒球形度較高的情況下需水量相對(duì)較小，與外加劑的相容程度也較好。

1.4 水泥生產(chǎn)時(shí)間及溫度

水泥生產(chǎn)時(shí)間與溫度也會(huì)對(duì)水泥與減水劑的相容性造成影響。對(duì)于新生產(chǎn)的水泥，由于水泥顆粒存在較多的電荷，具有較強(qiáng)的吸附作用，因此與減水劑的相容性也較低。如果水泥的溫度較高，也會(huì)造成與減水劑的相容性下降。

2 水泥與減水劑相容性的檢測(cè)方法

2.1 Marsh筒法

Marsh筒法是《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》當(dāng)中規(guī)定的一種檢測(cè)方法，其應(yīng)用過程是：事先將水泥與減水劑進(jìn)行混合，而后將其放置于Marsh筒當(dāng)中，對(duì)水泥漿體注滿200mL容量瓶所用的時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，從而能夠?qū)λ酀{的流動(dòng)性做出檢測(cè)。通過應(yīng)用此方法，能夠?qū)︼柡忘c(diǎn)高低、Marsh時(shí)間以及Marsh時(shí)間的變化情況等方面做出判斷，從而可得出水泥與減水劑的相容性。Marsh筒法應(yīng)用的原理在于水泥凈漿在重力作用下的流動(dòng)速度與其表觀粘度存在相關(guān)性，在表觀粘度較大的情況下，流動(dòng)速度也相對(duì)較慢，Marsh時(shí)間也相應(yīng)較長。通過對(duì)Marsh時(shí)間的分析，能夠得出水泥凈漿表觀粘度情況，也就是表觀內(nèi)摩擦大小。其中表觀粘度是指剪切應(yīng)力與剪切速率之間的比值，在剪切速率發(fā)生變化的情況下，表觀粘度也隨之發(fā)生變化。

2.2 凈漿流動(dòng)度法

凈漿流動(dòng)度法與Marsh筒法的原理基本一致，但在使用的檢測(cè)器材與操作方式上存在差別。凈漿流動(dòng)度法的主要操作方式是在水泥凈漿攪拌機(jī)當(dāng)中加入一定數(shù)量的水泥、外加劑和水并進(jìn)行攪拌，而后將攪拌完成后的凈漿注入截錐圓模，將截錐圓模提起，對(duì)水泥凈漿在玻璃平面上流動(dòng)的最大直徑進(jìn)行檢測(cè)。其中需要選用的儀器包括水泥凈漿攪拌機(jī)、截錐圓模、φ400mm×5mm的玻璃板、秒表、300mm鋼制直尺、刮刀以及100g、1000g藥物天平。

應(yīng)用此種檢測(cè)方法時(shí)，先將玻璃板放置與水平位置，并利用濕布對(duì)玻璃板、截錐圓模、攪拌器及攪拌鍋進(jìn)行清理，使其表面保持濕潤，同時(shí)不出現(xiàn)水漬，并將截錐圓模放置于玻璃板中間，用濕布將其覆蓋。而后稱取300g水泥倒入攪拌鍋內(nèi)，根據(jù)要求分別添加減水劑與水87g和105g并攪拌3min。攪拌完成后將凈漿快速注入截錐圓模內(nèi)并利用刮刀刮平，從垂直方向提起截錐圓模，開啟秒表計(jì)時(shí)，讓水泥凈漿在玻璃板上流動(dòng)1min后，利用直尺分別測(cè)量流動(dòng)范圍內(nèi)相互垂直的兩個(gè)方向最大直徑，將平均值作為水泥凈漿流動(dòng)度。在表示水泥凈漿流動(dòng)度結(jié)果時(shí)應(yīng)標(biāo)注用水量、水泥強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)號(hào)、型號(hào)、廠家、外加劑摻量等信息。最后應(yīng)保證室內(nèi)允許偏差在5mm。

2.3 水泥泌水率的檢測(cè)

通過對(duì)水泥泌水率的檢測(cè)，能夠反映出水泥的保水性能，同時(shí)也可以用于檢測(cè)水泥與減水劑的相容性。該檢測(cè)方法的應(yīng)用方面，需要事先將250g水、500g水泥放入攪拌鍋，通過水泥凈漿攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌過程中先低速攪拌120s，而后暫停15s，對(duì)葉片與攪拌鍋壁的水泥進(jìn)行清理，并高速攪拌120s。攪拌完成后利用攪拌勺繼續(xù)攪拌5s，在攪拌均勻后向300mL量筒當(dāng)中加入250g水泥凈漿，在水泥初凝之前30min左右開始記錄，而后每隔20min進(jìn)行一次記錄，直到相鄰兩次泌水量不繼續(xù)增加。水泥泌水率的計(jì)算公式表示為M=G1/G0×100%，其中M為水泥泌水率；G1為泌水量；G0為水泥砂漿含水量。

3 水泥與減水劑相容性檢測(cè)方法應(yīng)用實(shí)例

實(shí)際的檢測(cè)工作中，需要采用有效的檢測(cè)方式，才能對(duì)水泥與減水劑的相容性做出準(zhǔn)確檢測(cè)。如某次試驗(yàn)采用了Marsh筒法與泌水率檢測(cè)相結(jié)合的方式，對(duì)水泥與減水劑相容性檢測(cè)方法進(jìn)行了改進(jìn)。該項(xiàng)試驗(yàn)采用了成分為95%熟料與5%石膏的P·I型水泥，其中包括石膏、固硫灰與鈦礦渣幾種成分，減水劑選用了聚羧酸系減水劑，固含量40%。上述成分的配比當(dāng)中，以P1為基準(zhǔn)樣，P2中輔助性膠凝材料含量20%，原狀固硫灰與鈦礦渣比值1：2；P3中上述材料分別為20%與1：1；P4中分別為20%、2：1；P5、P6、P7中輔助性膠凝材料含量均為20%，磨細(xì)固硫灰與鈦礦渣比值分別為 1：2、1：1、2：1；P8、P9、P10 輔助性膠凝材料含量均為40%，原狀固硫灰與鈦礦渣比值分別為 1：2、1：1、2：1；P11、P12、P13 輔助性膠凝材料含量均為40%，磨細(xì)固硫灰與鈦礦渣比值分別為1：2、1：1、2：1[2]。

而后根據(jù)《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》的要求，利用Marsh筒法以及《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》當(dāng)中的混凝土泌水試驗(yàn)方法分別進(jìn)行凈漿相容性試驗(yàn)以及泌水量測(cè)試。其中相容性指數(shù)α=K1K2/K3。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，在加入固硫灰與鈦礦渣后，不同試樣的相容性結(jié)果如圖1所示。

圖1 未修正聚羧酸減水劑體系相容性指數(shù)

從圖1能夠看出，在固硫灰與鈦礦渣比值增加的情況下相容性指數(shù)逐漸減小，同時(shí)在加入磨細(xì)固硫灰的情況下，相容性指數(shù)相對(duì)較高。此外，泌水性也是開展定量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素，因此在應(yīng)用Marsh筒法進(jìn)行相容性檢測(cè)的同時(shí)通過引進(jìn)抗泌水性能系數(shù)K4對(duì)相容性計(jì)算公式進(jìn)行完善，此時(shí)相容性計(jì)算公式為α=K1K2/K3·K4，相容性指數(shù)修正結(jié)果如圖2所示。

圖2 相容性指數(shù)修正值

4 結(jié)論

減水劑在水泥的使用過程中發(fā)揮著重要作用，在其應(yīng)用過程中，需要充分重視對(duì)水泥與減水劑相容性的檢測(cè)工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥材料的合理利用。