矿渣微粉颗粒细度对水泥减水剂作用的研究

张新刚

通过掺加矿渣微粉颗粒，选择不同的细度和掺量，做一系列试验，找出改善水泥和外加剂适应性的方法，从而来配制高性能混凝土。减水剂能有效降低混凝土的水胶比，增大坍落度和控制混凝土的坍落度损失，赋予混凝土高的致密性和好的工作性；而矿物外加剂能填充胶凝材料的空隙，参与胶凝材料的水化，除了提高混凝土的致密性外，还能改善混凝土的界面结构，提高混凝土的耐久性和强度。

1 前言

随着社会的发展和科技的不断创新，对混凝土的强度和耐久性的要求越来越高。制备高性能混凝土，除了水泥、砂、石和水外，高效减水剂以及矿物外加剂也是必不可少的组分。对这些材料之间的适应性和相互影响的研究也是必不可少的，只有较好地了解了他们之间的关系，才能配制出性能优良和经济的高性能混凝土。

高性能混凝土借助于高效减水剂的作用，可以在低水胶比的情况下获得很高的流动性。但是从水泥与高效减水剂的适应性试验结果可以看出，如果所用的水泥与减水剂的适应性不好的话，则难与实现高流动性的目的。

在高性能混凝土中掺入磨细的矿物外加剂，取代部分水泥，减少胶凝材料总量中水泥的作用，能同时减少同一龄期时水化物的生成量。同时磨细矿渣等矿物外加剂的水化反应依赖以水泥水化反应产生的碱性物质的激发，胶凝体的生成速度远远低于硅酸盐水泥，可以减缓拌合物的初凝速度。因此，磨细矿渣对改善水泥与高效减水剂的适应性，控制流动性的降低起到了良好的积极作用。

2 试验所用原材料和试验仪器设备

在试验过程中所用的原材料有水泥、水、不同细度的矿渣粉和聚羧酸系减水剂。

2.1 水泥

试验中采用水泥为宣化水泥厂生产的黄羊山牌42.5级硅酸盐水泥，水泥基本性能检测见下表1、表2。

2.2 减水剂的性能（见表3）

2.3 矿渣粉化学成分（见表4）

2.4 试验仪器设备（见表5）

此外还有①GB/T2419中规定的水泥胶砂流动度截锥试模，高60 mm，上口内径36 mm，下口内径64 mm；②玻璃板500mmx500mmx5mm；③天平两台；④刮刀、滴管各一个；⑤直尺一把；⑥感量lg天平一台；⑦容量lOOml量筒一个。

3 研究方法

3.1 选择聚羧酸系减水剂，测其饱和点掺量，在配制水泥净浆选择合适的掺量。

3.2 选择合适细度的矿粉。

3.3 试验采用水泥净浆流动度法，运用微型塌落度筒测定水泥净浆的流动度，分析饱和点的掺量与水泥减水剂相容性的关系。

3.4 设计用不同细度和掺量的矿渣粉，进行水泥净浆流动度的试验，列出试验方案。

3.5 分别测试Omin、30min、60min净浆流动度。

3.6 根据测试结果分析矿粉在改进流动度损失方面的作用。（列表、作图）

4 结果分析

4.1 聚羧酸系减水剂JK-4饱和点的测定

聚羧酸减水剂（0_2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）分别试验，并同时选取一个空白试验（即不加减水剂）作为对照。

由表6可以看出掺加减水剂的流动度明显高于不掺减水剂的，且流动度随减水剂掺量的增加而增大。根据饱和点定义：当减水剂掺量继续增加而流动度不再增加或增加不明显，当继续增加减水剂将会出现流动度经时损失增大的现象，这一点减水剂的掺量即为饱和点掺量。结合图1综合考虑流动度和坍落度损失，初步确定聚羧酸系减水剂饱和点掺量为1.0%。聚羧酸系减水剂有很好的保塑性，这是由于梳形结构的聚羧酸系减水剂在水泥粒子表面的电斥力和立体效应提高了水泥粒子的分散性和分散稳定性

4.2 数据处理及分析

设计用不同细度和掺量的矿粉取代水泥，選用聚羧酸系减水剂JK-4。矿1、矿2、矿3、矿4和立磨的细度分别为315m2/kg、366 m2/kg、388 m2/kg、438 m2/kg和398 m2/kg。

4.2.1 当矿粉的掺量为40%时，改变减水剂的掺量，分别测其O小时、0.5小时和1小时的流动。

表7为矿粉掺量为40%时，所测流动度数据：

从表6空白试验中可以看出，在没有添加矿粉时，减水剂的饱和掺量比较大，在0.8～1.0之间，且水泥的初始流动性不好，在静停0.5小时和1小时后浆体的流动性损失很大，这就表明水泥与减水剂的适应性不好。表7中在加入不同细度的矿粉后，改善了水泥和减水剂的适应性，减水剂的饱和掺量点降低，水泥浆体的初始流动度提高；减水剂掺量达到0.6%后，加入不同细度矿粉后流动度都大幅度提高；矿1、矿2、矿3和矿4，随着矿粉细度的增加，在相同减水剂掺量时，流动性总体上呈现逐渐增大的趋势。掺量达到饱和点后，0.5小时和1小时仍然有很好的流动性，并且和易性也相对比较好。

4.2.2 当矿粉的掺量为50%时，改变减水剂的掺量，分别测其0小时、0.5小时和1小时的流动度。

表8为矿粉掺量为50%时，所测流动度数据：

表8-1为矿粉掺量在50%时0小时测的流动度数据，在减水剂掺量超过0.4%后，流动度的增加变得很快；当达到0.8%左右时，达到了饱和点；在往后流动度增长变缓了。矿1比表面积最小，相同减水剂掺量流动度也小，其他细度的矿粉在减水剂掺量超过0.2后，有了转折点儿，但矿1在0.2%～0.4%时变化不是很大，在大于0.4%后，流动度才开始迅速增加，并且矿1、矿2、矿3和矿4总体上随细度增加流动性也变大。不同之处是立磨的减水剂掺量在0.4%，流动度并没有快速增长，跟立磨的矿粉颗粒有关，但相同减水剂掺量下的流动度高于矿1。

表8-2是减水剂0.5小时所测的流动度，在整体上看在减水剂掺量小于0.6%时损失很大，但是随着减水剂掺量的变大，流动度的损失变小了。从半个小时流动度数据看，当减水剂掺量达到0.8%以后，矿粉细度的作用明显了，矿1、矿2、矿3和矿4流动度变化不大，流动度损失也很小。

表8-3是在静停1小时后，所测得流动度。矿1、矿2、矿4和立磨，在掺量大于0.4%左右流动性开始变大了，而矿3却在0.6%左右才开始逐渐增大，出现延后；立磨在掺量达到饱和点后，流动度变化平稳，说明在用立磨时聚系减水剂会改善水泥和减水剂的相容性。

横向比较表7和表8随着矿粉掺量的增加，在减水剂掺量达到0.6%后，水泥浆体的流动性明显增加了，并且0.5小时和1小时流动度损失也进一步降低，说明增大矿粉掺量会进一步改善水泥和减水剂的相容性。

5 总结和展望

5.1 总结

1.矿粉能在掺有减水剂的情况下，显著降低浆体的屈服应力，使得初始屈服应力相对较小。大掺量矿粉使水化进程大大推后，减少了水分的消耗。而且，矿粉的比表面积大，对水的吸附能力强，改善其粘聚性，且泌水量小，水分蒸发速率下降，从而，增大了流动度，减缓了坍落度损失，能改善水泥和混凝土的相容性。

2.随着矿粉细度的增加，浆体流动度在达到饱和点掺量后，流动度的变化比较均匀，并且流动度的损失变小。

3.随着矿粉细度增加，在饱和点前后明显增加流动度，且泌水性良好。

4.矿粉掺量越大，在减水剂掺量达到0.6%后，水泥浆体的流动性明显增加，并且0.5小时和1小时坍落度损失降低，说明增大矿粉掺量会进一步改善水泥和减水剂的相容性，对水泥和减水剂相容性改善作用越好。

5.2 展望

1.提高粉磨系统，使矿渣微粉颗粒的球形度要好，充分发挥它的填充作用和微骨料效应，起到减水目的和提高流动性。

2.多进行超细矿粉的研究，配制高性能混凝土。