張新剛

通過摻加礦渣微粉顆粒，選擇不同的細(xì)度和摻量，做一系列試驗(yàn)，找出改善水泥和外加劑適應(yīng)性的方法，從而來(lái)配制高性能混凝土。減水劑能有效降低混凝土的水膠比，增大坍落度和控制混凝土的坍落度損失，賦予混凝土高的致密性和好的工作性；而礦物外加劑能填充膠凝材料的空隙，參與膠凝材料的水化，除了提高混凝土的致密性外，還能改善混凝土的界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的耐久性和強(qiáng)度。

1 前言

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的不斷創(chuàng)新，對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性的要求越來(lái)越高。制備高性能混凝土，除了水泥、砂、石和水外，高效減水劑以及礦物外加劑也是必不可少的組分。對(duì)這些材料之間的適應(yīng)性和相互影響的研究也是必不可少的，只有較好地了解了他們之間的關(guān)系，才能配制出性能優(yōu)良和經(jīng)濟(jì)的高性能混凝土。

高性能混凝土借助于高效減水劑的作用，可以在低水膠比的情況下獲得很高的流動(dòng)性。但是從水泥與高效減水劑的適應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果可以看出，如果所用的水泥與減水劑的適應(yīng)性不好的話，則難與實(shí)現(xiàn)高流動(dòng)性的目的。

在高性能混凝土中摻入磨細(xì)的礦物外加劑，取代部分水泥，減少膠凝材料總量中水泥的作用，能同時(shí)減少同一齡期時(shí)水化物的生成量。同時(shí)磨細(xì)礦渣等礦物外加劑的水化反應(yīng)依賴以水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的堿性物質(zhì)的激發(fā)，膠凝體的生成速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硅酸鹽水泥，可以減緩拌合物的初凝速度。因此，磨細(xì)礦渣對(duì)改善水泥與高效減水劑的適應(yīng)性，控制流動(dòng)性的降低起到了良好的積極作用。

2 試驗(yàn)所用原材料和試驗(yàn)儀器設(shè)備

在試驗(yàn)過程中所用的原材料有水泥、水、不同細(xì)度的礦渣粉和聚羧酸系減水劑。

2.1 水泥

試驗(yàn)中采用水泥為宣化水泥廠生產(chǎn)的黃羊山牌42.5級(jí)硅酸鹽水泥，水泥基本性能檢測(cè)見下表1、表2。

2.2 減水劑的性能（見表3）

2.3 礦渣粉化學(xué)成分（見表4）

2.4 試驗(yàn)儀器設(shè)備（見表5）

此外還有①GB/T2419中規(guī)定的水泥膠砂流動(dòng)度截錐試模，高60 mm，上口內(nèi)徑36 mm，下口內(nèi)徑64 mm；②玻璃板500mmx500mmx5mm；③天平兩臺(tái)；④刮刀、滴管各一個(gè)；⑤直尺一把；⑥感量lg天平一臺(tái)；⑦容量lOOml量筒一個(gè)。

3 研究方法

3.1 選擇聚羧酸系減水劑，測(cè)其飽和點(diǎn)摻量，在配制水泥凈漿選擇合適的摻量。

3.2 選擇合適細(xì)度的礦粉。

3.3 試驗(yàn)采用水泥凈漿流動(dòng)度法，運(yùn)用微型塌落度筒測(cè)定水泥凈漿的流動(dòng)度，分析飽和點(diǎn)的摻量與水泥減水劑相容性的關(guān)系。

3.4 設(shè)計(jì)用不同細(xì)度和摻量的礦渣粉，進(jìn)行水泥凈漿流動(dòng)度的試驗(yàn)，列出試驗(yàn)方案。

3.5 分別測(cè)試Omin、30min、60min凈漿流動(dòng)度。

3.6 根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析礦粉在改進(jìn)流動(dòng)度損失方面的作用。（列表、作圖）

4 結(jié)果分析

4.1 聚羧酸系減水劑JK-4飽和點(diǎn)的測(cè)定

聚羧酸減水劑（0_2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）分別試驗(yàn)，并同時(shí)選取一個(gè)空白試驗(yàn)（即不加減水劑）作為對(duì)照。

由表6可以看出摻加減水劑的流動(dòng)度明顯高于不摻減水劑的，且流動(dòng)度隨減水劑摻量的增加而增大。根據(jù)飽和點(diǎn)定義：當(dāng)減水劑摻量繼續(xù)增加而流動(dòng)度不再增加或增加不明顯，當(dāng)繼續(xù)增加減水劑將會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失增大的現(xiàn)象，這一點(diǎn)減水劑的摻量即為飽和點(diǎn)摻量。結(jié)合圖1綜合考慮流動(dòng)度和坍落度損失，初步確定聚羧酸系減水劑飽和點(diǎn)摻量為1.0%。聚羧酸系減水劑有很好的保塑性，這是由于梳形結(jié)構(gòu)的聚羧酸系減水劑在水泥粒子表面的電斥力和立體效應(yīng)提高了水泥粒子的分散性和分散穩(wěn)定性

4.2 數(shù)據(jù)處理及分析

設(shè)計(jì)用不同細(xì)度和摻量的礦粉取代水泥，選用聚羧酸系減水劑JK-4。礦1、礦2、礦3、礦4和立磨的細(xì)度分別為315m2/kg、366 m2/kg、388 m2/kg、438 m2/kg和398 m2/kg。

4.2.1 當(dāng)?shù)V粉的摻量為40%時(shí)，改變減水劑的摻量，分別測(cè)其O小時(shí)、0.5小時(shí)和1小時(shí)的流動(dòng)。

表7為礦粉摻量為40%時(shí)，所測(cè)流動(dòng)度數(shù)據(jù)：

從表6空白試驗(yàn)中可以看出，在沒有添加礦粉時(shí)，減水劑的飽和摻量比較大，在0.8～1.0之間，且水泥的初始流動(dòng)性不好，在靜停0.5小時(shí)和1小時(shí)后漿體的流動(dòng)性損失很大，這就表明水泥與減水劑的適應(yīng)性不好。表7中在加入不同細(xì)度的礦粉后，改善了水泥和減水劑的適應(yīng)性，減水劑的飽和摻量點(diǎn)降低，水泥漿體的初始流動(dòng)度提高；減水劑摻量達(dá)到0.6%后，加入不同細(xì)度礦粉后流動(dòng)度都大幅度提高；礦1、礦2、礦3和礦4，隨著礦粉細(xì)度的增加，在相同減水劑摻量時(shí)，流動(dòng)性總體上呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。摻量達(dá)到飽和點(diǎn)后，0.5小時(shí)和1小時(shí)仍然有很好的流動(dòng)性，并且和易性也相對(duì)比較好。

4.2.2 當(dāng)?shù)V粉的摻量為50%時(shí)，改變減水劑的摻量，分別測(cè)其0小時(shí)、0.5小時(shí)和1小時(shí)的流動(dòng)度。

表8為礦粉摻量為50%時(shí)，所測(cè)流動(dòng)度數(shù)據(jù)：

表8-1為礦粉摻量在50%時(shí)0小時(shí)測(cè)的流動(dòng)度數(shù)據(jù)，在減水劑摻量超過0.4%后，流動(dòng)度的增加變得很快；當(dāng)達(dá)到0.8%左右時(shí)，達(dá)到了飽和點(diǎn)；在往后流動(dòng)度增長(zhǎng)變緩了。礦1比表面積最小，相同減水劑摻量流動(dòng)度也小，其他細(xì)度的礦粉在減水劑摻量超過0.2后，有了轉(zhuǎn)折點(diǎn)兒，但礦1在0.2%～0.4%時(shí)變化不是很大，在大于0.4%后，流動(dòng)度才開始迅速增加，并且礦1、礦2、礦3和礦4總體上隨細(xì)度增加流動(dòng)性也變大。不同之處是立磨的減水劑摻量在0.4%，流動(dòng)度并沒有快速增長(zhǎng)，跟立磨的礦粉顆粒有關(guān)，但相同減水劑摻量下的流動(dòng)度高于礦1。

表8-2是減水劑0.5小時(shí)所測(cè)的流動(dòng)度，在整體上看在減水劑摻量小于0.6%時(shí)損失很大，但是隨著減水劑摻量的變大，流動(dòng)度的損失變小了。從半個(gè)小時(shí)流動(dòng)度數(shù)據(jù)看，當(dāng)減水劑摻量達(dá)到0.8%以后，礦粉細(xì)度的作用明顯了，礦1、礦2、礦3和礦4流動(dòng)度變化不大，流動(dòng)度損失也很小。

表8-3是在靜停1小時(shí)后，所測(cè)得流動(dòng)度。礦1、礦2、礦4和立磨，在摻量大于0.4%左右流動(dòng)性開始變大了，而礦3卻在0.6%左右才開始逐漸增大，出現(xiàn)延后；立磨在摻量達(dá)到飽和點(diǎn)后，流動(dòng)度變化平穩(wěn)，說(shuō)明在用立磨時(shí)聚系減水劑會(huì)改善水泥和減水劑的相容性。

橫向比較表7和表8隨著礦粉摻量的增加，在減水劑摻量達(dá)到0.6%后，水泥漿體的流動(dòng)性明顯增加了，并且0.5小時(shí)和1小時(shí)流動(dòng)度損失也進(jìn)一步降低，說(shuō)明增大礦粉摻量會(huì)進(jìn)一步改善水泥和減水劑的相容性。

5 總結(jié)和展望

5.1 總結(jié)

1.礦粉能在摻有減水劑的情況下，顯著降低漿體的屈服應(yīng)力，使得初始屈服應(yīng)力相對(duì)較小。大摻量礦粉使水化進(jìn)程大大推后，減少了水分的消耗。而且，礦粉的比表面積大，對(duì)水的吸附能力強(qiáng)，改善其粘聚性，且泌水量小，水分蒸發(fā)速率下降，從而，增大了流動(dòng)度，減緩了坍落度損失，能改善水泥和混凝土的相容性。

2.隨著礦粉細(xì)度的增加，漿體流動(dòng)度在達(dá)到飽和點(diǎn)摻量后，流動(dòng)度的變化比較均勻，并且流動(dòng)度的損失變小。

3.隨著礦粉細(xì)度增加，在飽和點(diǎn)前后明顯增加流動(dòng)度，且泌水性良好。

4.礦粉摻量越大，在減水劑摻量達(dá)到0.6%后，水泥漿體的流動(dòng)性明顯增加，并且0.5小時(shí)和1小時(shí)坍落度損失降低，說(shuō)明增大礦粉摻量會(huì)進(jìn)一步改善水泥和減水劑的相容性，對(duì)水泥和減水劑相容性改善作用越好。

5.2 展望

1.提高粉磨系統(tǒng)，使礦渣微粉顆粒的球形度要好，充分發(fā)揮它的填充作用和微骨料效應(yīng)，起到減水目的和提高流動(dòng)性。

2.多進(jìn)行超細(xì)礦粉的研究，配制高性能混凝土。