影響萘系高效減水劑與普通硅酸鹽水泥適應(yīng)性的一些關(guān)鍵的水泥因素簣

表1  水泥鮑氏組成和堿含量

水泥
 Na2O
 K2O
 Na2Oeq
 Na2Osol
 C3S
 C3A
 C4AF
 SO3
 S.D.**
 
A1
 0.30
 0.69
 0.75
 0.25
 57
 8.3
 9.6
 3.52
 41
 
A4
 0.14
 0.80
 0.67
 0.44
 55
 7.3
 8.9
 3.46
 106
 
A6
    0.64
 0.42
 0.41
 66
 6.9
 10.4
 3.56
 96
 
A7
 0.10
 0.92
 0.71
 0.62
 47
 7.0
 10.7
 3.45
 141
 
B3*
 0.16
 1.05
 0.85
 0.48
 53
 6.7
 8.7
 3.32
 129
 
B4*
 0.16
 1.05
 0.85
 0.45
 54
 6.8
 9.0
 3.15
 129
 
B8
    0.77
    0.41
 52
 8.0
 9.6
 2.94
 443
 
B10
 0.17
 0.70
 0.63
 0.46
 59
 8.7
 8.6
 3.50
 147
 
C1
 0.16
 0.16
 0.22
 0.22
 66
 9.4
 5.5
 2.93
 286
 
C3
 0.19
 1.05
 0.58
 0.58
 66
 8.0
 7.7
 3.66
 124
 
C4
 0.05
 0.98
 0.47
 0.47
 53
 6.2
 9.6
 3.51
 256
 
C6
 0.22
 0.53
 0.42
 0.42
 57
 10.0
 5.8
 3.33
 161
 
D1
 0.02
 0.15
 0.04
 0.04
 61
 6.8
 11.3
 2.74
 691
 
D2
 0.03
 0.06
 0.03
 0.03
 64
 11.5
 0.9
 2.78
 100
 
D3
 0.19
 0.48
 0.55
 0.55
 55
 7.7
 9.1
 2.79
 47
 
D4
 0.09
 1.19
 0.60
 0.60
 54
 10.5
 7.0
 3.49
 67
 

＊這兩種水泥的差別僅是硫酸鈣的形態(tài)，Ｂ3高石膏、高無(wú)水石膏、低半水石膏，B4低石膏、高半水石膏、高半水石膏。

＊＊硫酸鹽化飽和程度。

表2  熟料的化學(xué)分析（％氧化鈉）

   L.O
 SiO2
 Al2O3
 Fe2O3
 CaO
 MgO
 K2O
 Na2O
 SO3
 Na2Oeq
 C3S
 C2S
 C3A
 C4AF
 
A1
    20.66
 5.55
 3.54
 66.28
 0.9
 0.69
 0.3
 0.4
 0.75
 70.5
 6.1
 8.7
 10.8
 
A4
    20.54
 4.83
 3.02
 63.84
 4.79
 1.04
 0.19
 0.87
 0.87
 56.1
 16.7
 7.7
 9.2
 
A6
    21.10
 4.98
 3.6
 67.34
 1.25
 0.64
 0.11
 0.52
 0.53
 63.7
 12.2
 7.1
 10.9
 
A7
    21.07
 5.12
 3.7
 66.03
 1.26
 0.92
 0.1
 1.28
 0.71
 57.8
 16.9
 7.3
 11.3
 
B3
    21.41
 4.62
 2.92
 65.89
 1.71
 1.05
 0.16
 1.42
 0.85
 66.0
 11.6
 7.3
 8.9
 
B4
    21.41
 4.62
 2.92
 65.89
 1.71
 1.05
 0.16
 1.42
 0.85
 66.0
 11.6
 7.3
 8.9
 
B8
    20.30
 5.15
 3.07
 64.50
 1.50
 0.77
 -
 2.90
 0.51
 69.3
 6.0
 8.5
 9.3
 
B10
    20.70
 5.30
 3.15
 65.82
 2.13
 0.70
 0.17
 1.20
 0.63
 64.4
 10.8
 8.7
 9.6
 
C1
 0.15
 22.11
 4.98
 2.25
 68.51
 0.80
 0.16
 0.16
 0.98
 0.27
 68.31
 11.7
 9.4
 6.84
 
C3
 0.30
 20.96
 5.44
 2.95
 66.39
 0.78
 1.05
 0.19
 1.41
 0.88
 62.46
 12.43
 9.43
 8.95
 
C4
    21.25
 4.73
 2.76
 65.97
 1.71
 0.98
 0.05
 2.30
 0.70
 60.93
 14.83
 7.86
 8.4
 
C6
 0.11
 22.25
 5.05
 1.86
 66.96
 1.09
 0.53
 0.22
 1.18
 0.57
 60.55
 17.84
 10.24
 5.65
 
D1
 0.73
 21.58
 4.87
 3.95
 67.32
 0.51
 0.15
 0.02
 1.06
 0.12
 71.6
 7.9
 6.2
 12.0
 
D2
 0.95
 23.84
 4.65
 0.33
 69.53
 0.49
 0.06
 0.03
 0.09
 0.07
 70.1
 15.5
 11.8
 1.0
 
D3
 0.82
 21.96
 5.13
 3.02
 64.55
 3.42
 0.48
 0.19
 0.31
 0.51
 57.0
 20.0
 8.5
 9.2
 
D4
 0.80
 21.46
 5.47
 2.31
 66.29
 0.98
 1.19
 0.09
 0.76
 0.87
 66.7
 11.2
 10.6
 7.0
 

圖1  本研究所用萘系減水劑分子量分布（略）

三、試驗(yàn)計(jì)劃

用小坍落度試驗(yàn)找出不適應(yīng)的系統(tǒng)，用莫斯錐試驗(yàn)確定每一種水泥的萘系減水劑飽和摻量,有計(jì)劃的研究用這16種水泥制成

漿體的流變性，漿體的水灰比為0.35。

    一經(jīng)得到水泥漿體的飽和點(diǎn)之后,就制備W/C為0.3的混凝土，以便證實(shí)漿體所得結(jié)果的有效性。并測(cè)定新拌混凝土在90分鐘的坍落度，其后成型以測(cè)定硬化混凝土的力學(xué)性能。

    水泥漿體孔隙間溶液中的堿和其它離子用ICP分析，水泥顆粉對(duì)萘系高效減水劑的吸附量用紫外光譜儀測(cè)定。

四、試驗(yàn)結(jié)果和討論

    1．水泥漿體的試驗(yàn)

流變性能——摻1％萘系高效減水劑16種水泥漿體的小坍落度試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)沒(méi)有任何不適應(yīng)性的問(wèn)題，圖2表示16種水泥的流變性，以水泥加水后在2小時(shí)的擴(kuò)展面積表示，在研究條件下清楚表明：水泥Ａ1、Ｄ1、和Ｄ2沒(méi)有足夠的流動(dòng)性，或其損失較快，這些水泥的化學(xué)組成（以及生產(chǎn)所用的熟料）表明，其水泥中的堿和硫酸鹽的含量是很低的，這些用小坍落度試驗(yàn)所得到的結(jié)果被用莫斯錐試驗(yàn)所得的結(jié)果證實(shí)，流過(guò)時(shí)間與時(shí)間關(guān)系的變化示于圖3，莫斯錐的試驗(yàn)表明，用于小坍落試驗(yàn)的摻1％高效減水劑有時(shí)就太高了，以致超摻量掩蓋了某些水泥（如C1）的不適應(yīng)性。

圖2  16種水泥漿體的流變性（略）

圖3a  適應(yīng)系統(tǒng)的例子，流過(guò)時(shí)間短，并5和60分鐘之間沒(méi)有變化，這個(gè)系統(tǒng)是適應(yīng)的，高效減水劑摻量少量變化不影響水泥漿體的流動(dòng)性（略）

圖3b  不適應(yīng)性系統(tǒng)的例子，水泥漿體的流動(dòng)性在5－60分之間損失

    2．高效減水劑的吸附

眾所周知，當(dāng)萘系減水劑分散水泥漿體時(shí)，萘系減水劑主要產(chǎn)生對(duì)水泥顆粒和水化物的吸附。萘系高效減水劑在水泥顆粒的吸附，對(duì)16種水泥已經(jīng)測(cè)定，為此，制備了W/C為0.35的水泥漿體并施用壓力分離出孔隙溶液，溶液中的高效減水量用紫外光譜儀測(cè)定，表3示出16種水泥的試驗(yàn)結(jié)果。水泥顆粒和高效減水劑之間的親合導(dǎo)致后者從孔隙間溶液中因吸附而消耗掉，如溶液中沒(méi)有足夠的高效減水劑以保證水泥顆粒和水化產(chǎn)物的良好的流動(dòng)性，這種作用就導(dǎo)致流動(dòng)性損失，低堿和低堿的硫酸鹽水泥就是這種情況。在拌和水中高效減劑起作硫酸鹽離子供應(yīng)者和C3A相互反應(yīng)的作用，而不是起分解作用。表3的試驗(yàn)結(jié)果清楚表明：較低堿的水泥Ａ1、Ｃ1、Ｄ1和Ｄ2顯示出對(duì)高效減水劑的強(qiáng)烈的吸附，在水泥和拌和水接觸的最初的五分鐘內(nèi)，初始的高效減水劑有75％以上被消耗掉，在堿含量較高的水泥情況下，50％以上的高效減水劑仍然保留在孔隙溶液中，圖4表示吸附高效減水劑和16種水泥的堿量的關(guān)系。圖4清楚表明：當(dāng)水泥的堿和堿性硫酸鹽的數(shù)量增加時(shí)，吸附于水泥顆粒上高效減水劑的數(shù)量成準(zhǔn)線性降低。

圖4  萘系高效減水劑吸附量和水泥可溶性硫酸鹽的關(guān)系（略）

    其試驗(yàn)結(jié)果還表明：流變性好的水泥，其堿含量在0.4～0.6％之間（即150mmol/L），圖5表示水泥漿體流動(dòng)性與高效減水劑吸附性之關(guān)系，小坍落度試驗(yàn)所得水泥漿體的流動(dòng)性隨著高效減水劑的大量吸附而降低，即可溶的堿性硫酸鹽少的水泥。當(dāng)向低堿量的Ａ1和Ｄ1水泥中加入硫酸鈉時(shí)，高效減水劑吸附量降低，但未觀察到最佳狀態(tài)。

表3  摻1％高效減水劑吸附于水泥顆粒的數(shù)量

水泥
 NaOsol

(%)
 % PNSads

5 min
 % ONSads

60 min
 比表面積

（m2/kg）
 % 吸附量/比表面積

5 min
 %吸附量/比表面積

60 min
 
A1
 0.25
 85
 87
 570
 0.15
 0.15
 
A4
 0.44
 61
 68
 515
 0.12
 0.13
 
A6
 0.41
 55
 60
 445
 0.12
 0.13
 
A7
 0.62
 54
 58
 480
 0.11
 0.12
 
B3
 0.48
 53
 57
 435
 0.12
 0.13
 
B4
 0.45
 51
 54
 435
 0.12
 0.12
 
B8
 0.41
 57
 59
 295
 0.19
 0.20
 
B10
 0.46
 54
 62
 370
 0.15
 0.17
 
C1
 0.22
 74
 78
 415
 0.18
 0.19
 
C3
 0.58
 42
 51
 415
 0.10
 0.12
 
C4
 0.47
 49
 51
 395
 0.12
 0.13
 
C6
 0.42
 54
 57
 360
 0.15
 0.16
 
D1
 0.04
 88
 91
 330
 0.27
 0.28
 
D2
 0.03
 93
 94
 460
 0.20
 0.20
 
D3
 0.55
 45
 45
 360
 0.13
 0.13
 
D4
 0.60
 48
 51
 385
 0.12
 0.13
 

圖5  水泥漿體的高效減水劑吸附量和流變性的關(guān)系（略）

    3．混凝土試驗(yàn)

    對(duì)水泥漿體的試驗(yàn)，可以對(duì)水泥和高效減水劑之間的適應(yīng)性進(jìn)行初步的分析，但不能保證用同樣水泥和高效減水劑制備的混凝土流變性完美無(wú)缺，水泥漿體所得結(jié)果的有效性以后必須對(duì)混凝土進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

表4  混凝土的組成

W/C
 0.30
   
水
 140
 Kg/m3
 
水泥
 470
 
砂
 790
 
石子
 1050
 
高效減水劑
 5.5～14
 L/m3
 

＊高效減水劑摻量決定于水泥的類型。

本研究所用混凝土的組成列于表4，高效減水劑摻量隨所使用水泥而變，因飽和點(diǎn)摻量隨水泥而變，所用砂子是天然硅質(zhì)砂，細(xì)度模數(shù)2.50，SSD密度2.65，1.20％吸附率，粗集料是破碎的變質(zhì)石灰石，SSD密度為2.65，吸附率為0.35％。在水泥與2/3的拌和水接觸90秒之后，加入用1/3的拌和水稀釋的高效減水劑，初始坍落度目標(biāo)值為200±20mm，如有可能，在90分鐘內(nèi)測(cè)定混凝土的坍落度。

   新拌混凝土和硬化混凝土的力學(xué)性能列于表5。

表5  混凝土的主要試驗(yàn)結(jié)果，W/C=0.35

水泥
 最佳摻量,%
 坍落度(mm)
 抗壓強(qiáng)度(MPa)
 
Initial
 60min
 90min
 24h
 28d
 
A1
 0.8
 250
 180
 160
 55
 93
 
A4
 1.25
 240
 225
 200
 54
 85
 
A6
 1.0
 240
 200
 160
 54
 87
 
A7
 1.0
 230
 230
 230
 57
 79
 
B3
 0.8
 230
 180
 150
 50
 78
 
B4
 0.8
 200
 180
 150
 49
 73
 
B8
 0.8
 220
 220
 220
 44
 72
 
B10
 0.8
 220
 110
 80
 51
 74
 
C1
 0.6
 210
 120
 *
 49
 70
 
C3
 0.6
 230
 210
 200
 46
 74
 
C4
 0.6
 200
 160
 100
 47
 65
 
C6
 0.8
 230
 210
 200
 51
 72
 
D1
 0.7
 210
 60
 *
 37
 69
 
D2
 0.7
 230
 190
 150
 53
 79
 
D3
 0.8
 200
 170
 140
 45
 64
 
D4
 0.8
 240
 230
 230
 45
 69
 

＊不能測(cè)定。

圖6  加入Na2SO4對(duì)水泥漿體吸附萘系高效減水劑的影響（略）

混凝土試驗(yàn)所得結(jié)果一般能反映用水泥漿體所得的結(jié)果，有時(shí)要作少量的調(diào)整。

圖7  水泥/PNS適應(yīng)性系統(tǒng)坍落度測(cè)定的實(shí)例（略）

對(duì)于       低堿水泥，其情況差別很大，當(dāng)調(diào)整高效減水劑摻量時(shí)，有可能得到很大的初始坍落度，但有時(shí)坍落度損失很快（圖8），當(dāng)在飽和點(diǎn)之上，稍微增加一點(diǎn)摻量時(shí)，那些低堿水泥就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的離析和泌水，用這類水泥生產(chǎn)的混凝土顯示出與所用的高效減水劑缺乏“增強(qiáng)性”（Robustness）。用這種水泥和高效減水劑配合，建筑工地生產(chǎn)低W/C的高性能混凝土是不容易的。延遲或二次添加（開(kāi)始攪拌加入1/2，另一半在5分鐘之后加入）高效減水劑也不能調(diào)整這方面的缺點(diǎn)，圖9表示16種水泥中的一些水泥在水泥和水接觸后90分鐘內(nèi)混凝土坍落度損失情況?？扇苄詨A含量低的水泥，其坍落度損失較快，根據(jù)16種水泥的可溶SO3sol和C3A的比例與其總堿量的關(guān)系，可以將水泥分為三類（圖10），高可溶性SO3和高堿量的水泥的適應(yīng)性好，中等可溶性硫酸鹽和堿含量水泥的適應(yīng)性稍差，可溶性硫酸鹽少和低堿水泥是不適應(yīng)的。在其它研究中應(yīng)用的6種水泥的資料也列入圖中，以便更好說(shuō)明這種關(guān)系。

圖8  水泥和萘系高效減水劑系統(tǒng)不適應(yīng)的例子（略）

圖9  16種水泥在萘系高效減水劑飽和點(diǎn)制備混凝土的流變性能的對(duì)比（略）

圖10  水泥適應(yīng)性和增強(qiáng)效果與Na2Oeq和其SO3sol/C3A的關(guān)系（略）