矿物掺合料对水泥与高效减水剂相容性影响的试验研究

闫彭亮　闫丽颖　白润山

(1.河北建筑工程学院,河北 张家口 075000;2.河北科技师范学院,河北 秦皇岛 066004)



矿物掺合料对水泥与高效减水剂相容性影响的试验研究

闫彭亮1闫丽颖2白润山1

(1.河北建筑工程学院,河北 张家口 075000;2.河北科技师范学院,河北 秦皇岛 066004)

采用萘系高效减水剂与掺有粉煤灰、矿粉、复合粉等矿物掺合料的水泥，在不同温度下进行水泥流动度试验，测定水泥净浆流动度，分析粉煤灰、矿粉、复合粉、温度等因素对水泥与萘系减水剂相容性的影响，研究结果表明：粉煤灰、矿粉、复合粉可以改善水泥净浆流动度；温度升高抑制水泥净浆流动度；复合粉中的粉煤灰、矿粉对水泥净浆流动度促进作用不是简单的叠加关系，而是相互影响的；在改善萘系减水剂与水泥相容性方面，粉煤灰>矿粉>复合粉>空白.

矿物掺合料；温度；水泥净浆流动度；相容性

0　引　言

粉煤灰、矿粉单掺或复掺广泛地用于高性能混凝土，已成为现代混凝土技术研究的新趋势[1,2]，然而，相关研究表明[3]，粉煤灰、矿粉复掺应用于普通混凝土中不像应用于高性能混凝土那样显著地改善混凝土的性能，粉煤灰、矿粉复掺在普通混凝土中的研究尚少，工程应用不广泛.其实，粉煤灰、矿粉这两种活性矿物掺合料复掺用于普通混凝土，同样可有效改善混凝土的性能，降低成本.另据相关的研究表明[4]，温度显著地影响水泥与高效减水剂相容性，温度升高导致流动度降低，即水泥与高效减水剂相容性变差.

本文通过研究萘系高效减水剂与掺有粉煤灰、矿粉、复合粉等矿物掺合料的水泥的关系，探讨粉煤灰、矿粉、复合粉等矿物掺合料以及温度对于水泥净浆流动度影响，为实际工程的应用提供一定的借鉴.

1　原材料与试验方法

1.1原材料

(1)水泥品种：张家口宣化水泥厂生产的水泥，为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5.ρ=3000 kg/m3.详细指标见表1.

表1　水泥的品种及性能

(2)萘系高效减水剂(JK-2)，生产厂家为北京某厂.

(3)粉煤灰品种：张家口某电厂Ⅱ级粉煤灰，表观密度ρ=2200 kg/m3.

(4)矿渣粉.

表观密度为2900 kg/m3，矿渣等级按质量系数、化学成分、容重和粒度分为合格品和优等品，技术要求见表2、表3.

表2　矿渣的质量系数和化学成分指标

表3　矿渣的松散容重和粒度指标

(5)复合粉：粉煤灰与矿粉按质量比3∶1混合.

(6)水：采用张家口市市政管网自来水.

1.2试验方法

本项目设计了四组试验，第一组为测定不同粉煤灰掺量在不同温度下的水泥净浆流动度，第二组为不同矿粉掺量在不同温度下的水泥净浆流动度，第三组为不同复合粉掺量在不同温度下的水泥净浆流动度，第四组为外界条件一定的情况下，以粉煤灰、矿粉最优掺量，测定三种水泥浆的流动度损失.四组试验采用GB/T 8077-2012《混凝土外加剂均质性试验方法》中水泥净浆流动度试验方法.四组试验的水灰比都为0.292，萘系高效减水剂掺量为0.4%.

所用的仪器包括水泥净浆搅拌机、截锥圆模、玻璃平板(400 mm*400 mm*5 mm)、3直尺(量程300 mm)、记时器(最小单位为秒).

2　试验结果与分析

2.1不同粉煤灰掺量、不同温度的水泥净浆流动度

在温度变化的情况下，以不同比例的粉煤灰取代水泥后的水泥净浆流动度如图1所示，通过分析图1的曲线变化趋势可以发现，水泥温度、粉煤灰掺量对于水泥净浆流动度有很大的影响.

图1　静置时间为0 min时粉煤灰掺量对水泥流动度的影响

以温度为参考目标，温度为17 ℃的水泥净浆流动度曲线明显高于其他温度曲线，31 ℃的水泥净浆流动度曲线次之，52 ℃、80 ℃的水泥水泥净浆流动度曲线变化基本相同，但都明显低于前两者，由此可知，水泥净浆流动度随着温度的升高而降低.

以粉煤灰掺量为参考目标，在粉煤灰以5%至10%取代水泥的范围内，四条曲线变化趋势不明显.在粉煤灰以10%至25%取代水泥的范围内，17 ℃、31 ℃的两条曲线变化较为明显，且温度为17 ℃的曲线在粉煤灰掺量为15%时，水泥的流动度达到最大，粉煤灰掺量15%为其饱和掺量点.同理可知，温度为31 ℃的曲线在粉煤灰掺量为20%时为其饱和掺量点.观察四条曲线的趋势可知，随着温度的升高，粉煤灰的饱和点掺量增大，且水泥净浆流动度有降低趋势.

相关文献研究表明：以温度为控制变量，水泥净浆流动度随着温度的增高而降低；以粉煤灰掺量为控制变量[5]，水泥净浆流动度随着粉煤灰掺量的增加而先增加后减小.结合本试验的曲线变化及试验数据，解释上述试验现象：粉煤灰以5%至10%取代水泥时，粉煤灰填充在水泥颗粒中所起到的滚珠轴承作用不明显，故水泥净浆流动度变化不明显.粉煤灰以15%至25%取代水泥时，粉煤灰的微集料效应明显，宏观表现为17 ℃、31 ℃温度下，水泥净浆的初始流动度增大，而31 ℃的曲线在粉煤灰掺量为20%达到峰值后开始下降，可能是因为粉煤灰中较多的SiO2、Al2O3，颗粒比表面积大，吸附在萘系减水剂表面，限制了萘系减水剂的效果，宏观变现为水泥净浆的初始流动度下降，17 ℃曲线变化原理与31 ℃一致.

2.2不同矿粉掺量、不同温度的水泥净浆流动度

图2　静置时间为0 min时矿粉掺量对水泥流动度的影响

在不同温度下不同掺量的矿粉对于水泥净浆流动度的影响如图2所示，由图2可知，以温度为控制变量，温度为17 ℃的水泥净浆流动度曲线明显高于其他温度曲线.温度为31 ℃的曲线在粉煤灰掺量高于15%时，水泥净浆流动度增长明显.52 ℃、80 ℃的水泥水泥净浆流动度曲线随着粉煤灰掺量无明显变化.

以矿粉为控制变量，温度为17 ℃的曲线在5%至15%增长明显，在15%达到最高点，为矿粉的饱和掺量点.温度为31 ℃的曲线在5%至15%变化不明显，在15%至25%增长幅度大，可认为矿粉掺量25%为其饱和掺量点.在水泥温度为52 ℃、80 ℃时，随着矿粉量替代比例的提高，水泥净浆流动度增长不明显.观察四条曲线的趋势可知，随着温度的升高，矿粉的饱和点掺量增大，且水泥净浆流动度有降低趋势.

解释上述试验现象：温度为52 ℃、80 ℃，水泥净浆流动度不随矿粉增加而增长，是由于过高的温度限制了减水剂的活性导致.温度为17 ℃、31 ℃时，水泥净浆流动度变化较为明显，是由于小颗粒的矿粉填充在水泥颗粒间的空隙中[6]，置换了期间的水，促进了水泥净浆流动度增大.17 ℃的曲线在15%到达峰值，也是由于矿粉吸附作用限制了减水剂活性.

2.3不同复合粉掺量、不同温度的水泥净浆流动度

在不同复合粉掺量、不同温度的水泥净浆流动度如图3所示.由图3可知，温度为17 ℃时的曲线，复合粉掺量在15%时没有达到最大值.复合粉在5%-15%变化时，水泥净浆流动度变化较小，15%-25%变化时，水泥净浆流动度变化显著.在复合粉掺量相同的情况下，温度越高，水泥净浆流动度越低.

解释上述试验现象：复合粉在5%-15%变化，水泥净浆流动度变化较小，可能是由于粉煤灰与矿粉掺量都较低，而且两种矿物掺合料对水泥净浆流动度促进关系不是简单地叠加关系.同理，在15%至25%时由于粉煤灰与矿粉掺量增大，水泥净浆流动度有所提高.

图3　静置时间为0 min时复合粉掺量对水泥流动度的影响

2.4温度相同，矿物掺合料不同的水泥净浆流动度

矿物掺合料为15%时，温度为17 ℃时，0 min、15 min、30 min的水泥净浆流动度如表4所示，分析表4数据可知，掺加15%矿粉的试验组水泥流动度损失严重；不掺加矿物掺合料、掺加15%粉煤灰的两组试验水泥流动度损失较小；掺加15%复合粉的水泥净浆流动度几乎没有损失.具体来说，温度为17 ℃的条件下，不掺加矿物掺合料在15 min的损失率为29.4%，在30 min损失为29.4%；温度为17 ℃的条件下，粉煤灰掺量为15%在15 min的损失率为24.6%，在30 min损失为38%；温度为17 ℃的条件下，矿粉掺量为15%在15 min的损失率为48.2%，在30 min损失为50.7%；温度为17 ℃的条件下，粉煤灰掺量为15%在15 min的损失率为1.5%，在30 min损失为2.2%.

表4　矿物掺合料为15%时(温度为17 ℃)水泥净浆流动度

由试验结果得出结论，掺加15%粉煤灰与不掺加矿物掺合料的流动度损失较为接近，而掺加15%粉煤灰的流动度大于不掺加矿物掺合料的流动度.掺加15%矿粉虽然初始流动度较大，流动度损失高达50左右，流动度仍大于不掺加矿物掺合料的流动度.掺加15%的复合粉对流动度影响较小.综上所述，在改善萘系减水剂与水泥相容性方面，粉煤灰>矿粉>复合粉>空白.

3　结　论

1)粉煤灰、矿粉、复合粉可以改善水泥的初始流动度，温度升高会抑制水泥净浆流动度

2)粉煤灰、矿粉掺量在掺量15%、温度17 ℃的条件下同时到达初始流动度最大值，而在相同条件下，掺加复合粉的水泥净浆流动度未到达最大值，粉煤灰、矿粉对水泥净浆流动度促进关系不是简单的叠加关系.3)在改善萘系减水剂与水泥相容性方面，粉煤灰>矿粉>复合粉>空白.

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[3]周业梅,赵海莲.粉煤灰与矿粉复掺在商品混凝土中的应用研究[J].施工技术,2011,S2:125～127

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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年张家口市科技局项目(I421010B)

闫彭亮(1990-)，男，硕士研究生在读.

TU 5

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