泵送剂与水泥适应性的研究

泵送剂与水泥适应性的研究沈阳市第二住宅建筑公司沈阳110003王义沈阳建筑工程学院沈阳110015刘军华锦州市职工大学沈阳12100l林建宁沈阳市自来水公司沈阳110001宋扬l前言随着商品混凝土的发展，泵送剂得到广泛的应用。由于泵送剂复合而成，组分复杂，同时我国水泥品种繁多，矿物组成范围波动较大，使得有些泵送剂不适用于某些水泥，它们之间存在一个相容性即适应性问题。研究结果表明，就水泥而言，影响泵送剂使用功能和实际效果的，主要有C3A含量、C3S含量、碱含量(K2O+Na2O)、石膏种类、混合材料类和掺量以及水泥比表面积等六个因素。其大致规律是：随着C3A含量、碱含量和水泥比表面积的提高，泵送剂的作用效果减弱；水泥中掺有良好的混合材，泵送剂效果提高；含无水石膏的水泥，不适用于某些泵送剂。泵送剂与水泥的适应性是由综合因素形成的，表现在使用中的问题，主要是凝结时间异常、坍落度损失大、减水效果差、强度增长小和水泥用量高。确定泵送剂与水泥适应性的好坏，简易可行的办法是作水泥净浆流动度试验，适应性好的水泥净浆流动度大，反之则小。也常采用混凝土坍落度，测定坍落度增大值和经时损失，适应性好的混凝土拌合物，其坍落度增大值和经时损失小。本研究中以常用的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥进行了一系列试验，测试了抗压强度、坍落度、流动度和减水率等指标，力求通过试验结果的分析，找出影响适应性的原因和提高适应性的方法，以获得一定的效益。2试验用原材料2．1水泥(1)选用千山牌普通硅酸盐水泥52．5，代号P．O52．5，辽宁小屯水泥厂生产，其物理力学性能见表1。表1小屯水泥厂的水泥物理力学性能项目标准实测细度／％0.08微米方孔筛筛余≤10％2.1凝结时间／h：min初凝时间45min1：57终凝时间≤lOh2：55安定性用沸煮法检定合格3d4.06.2强度／MPa抗折强度28d7.08.6(1：2.5胶砂)3d22.029.6抗压强度28d52.559.5(2)长白山牌矿渣硅酸盐水泥42．5，代号PS42．5，辽宁本溪工源水泥集团有限公司生产，其物理力学性能和化学成分见表2。表2工源水泥的物理力学性能和化学成分项目标准实测细度／％O．08微米方孔筛筛余≤10％3.2初凝时间≥45min2：36凝结时间／h：min终凝时间≤10h3：24安定性用沸煮法检定合格7d4．O5.3强度／MPa抗折强度28d6.57.9(1：2.5胶砂)7d21.028.8抗压强度28d42.553.2Mgo含量不大于5.04.4化学成分／％SO3含量不大于4.02.3矿渣26.7掺加混合材料／％窑灰3．O(3)浑河牌低热矿渣水泥42．5和中热硅酸盐水泥52．5，辽宁抚顺水泥股份有限公司生产，其物理力学性能见表3。表3抚顺水泥的物理力学性能项目标准实测水泥标号42.552.542.5细度／％O．08微米方孔筛筛余3．O4.0初凝时间≥60min5：004：05凝结时间／h：lIlin终凝时问≤12h7：oo5：10安定性用沸煮法检定合格合格3d一4.1—4.8强度／MPa(1：25胶砂)抗折强度7d4.15.35.66.228d6.37.18.08.43d一20.6—25.6强度／MPa抗压强度7d18.631.431.644.1(1：25胶砂)28d42.552.555.862.53d197251190239水化热／kJ·kg-17d2302932152722．2泵送剂本试验所选用泵送剂为沈阳建筑工程学院新型建筑材料试验厂生产。所用泵送剂均为粉状，掺量与强度等级对应见表4，泵送剂检测结果见表5。表4泵送剂量与强度等级对应混凝土强度等级C30C40C50C60掺量／C×％1.31.51.71.9泵送剂类型1号2号3号3号表5泵送剂检测结果性能指标试验项目一等品合格品检测结果坍落度增加值／cm(不小于)10816常压泌水率比／％(不大于)1001209压力泌水率／％(不大于)9510040含气量／％(不大于)4.55.55.330min121018坍落度保留值／cm60min108123d8580129抗压强度比／％7d8580131(不小于)28d858011390d8580114收缩比／％(不大于)135135882．3砂子本试验所用砂子为沈阳浑河河砂，主要技术指标见表6。表6砂子的技术指标产地规格细度模数表观密度／g·cm一3堆积密度／kg.cm-3含泥量／％浑河中砂2.702.6015801．O2．4石子配制c30混凝土为浑河卵石，酸制c40、C50和c60混凝土为辽阳碎石，其主要技术指标见表7。表7石子的技术指标产地品种粒径表观密度／g.cm-3堆积密度／kg·cm-3含泥量／％浑河卵石10～252.7015001辽阳碎石10—252.651400l2．5拌合用水采用饮用自来水。3试验结果与分析3．1减水率试验泵送剂减水率试验结果见表8。表8泵送剂减水率试验结果水泥品种标号泵送剂种类掺量／c×％减水率／％1号1.31.5低热矿渣硅酸盐水泥425#2号16.519.33号1.723.1中热硅酸盐水泥525#3号1.925.01号‘1.316．O矿渣硅酸盐水泥PS425#2号1.520．O2号1.521.3普通硅酸盐水泥P0525#3号1.724.13号1.925.6从减水试验结果可以看出，三种泵送剂对于三种水泥都有良好的减水性，减水率可高达25．6％，为泵送混凝土增大流动性和提高强度创造了条件。3．2水泥净浆流动度试验泵送剂水泥净浆流动度试验结果见表9。表9泵送剂水泥净浆流动度试验结果水泥品种标号泵送剂种类泵送剂掺量／C×％减水率／mm0100低热矿渣硅酸盐水泥425#1号1.33202号1.5370O100中热硅酸盐水泥525#3号1.73803号1.94000105矿渣硅酸盐水泥PS425#1号1.33002号1.5340水泥品种标号泵送剂种类泵送剂掺量／C×％减水率／ramO1002号1.5300普通硅酸盐水泥P0525#3号1.73103号1.9315从表9中可以看出：水泥净浆流动性大小的顺序为低热水泥——中热水泥一矿渣水泥一普通水泥；由此可知，1号、2号、3号泵送剂和三种水泥均有很好的适应性，顺序同上，即低、中热水泥最佳，矿渣水泥次之，普通水泥最差。3．3混凝土坍落度、经时损失和抗压强度泵送剂应用于}昆凝土中，测定其坍落度、经时损失和抗压强度见表10。从表10可看出：(1)混凝土坍落度增大值。四种水泥与三种泵送剂，在适宜掺量下，减少用水量5—20kg/m3时，仍可较基准混凝土增大坍落度130～150mm，说明三种泵送剂具有良好的增大流动性的效果。表10混凝土坍落度、经时损失和抗压强度结果强度泵送剂配合比／kg·m-3砂水坍落度值／mm抗压强度／MPa水泥品种等级掺量／C×％CSG’W率／％灰比Omin30min60min7d28dO450740107518040.8O．408024.130.1低热C301.3450748108017041.00.3821017012029.035.8水425#O48081299218545.0O．3812032．O47.7泥C40L1.5480815100017545.0O．3621018014042.860.0O49075095017044.00.358040.553.8中热C501.749075996l15044．OO．3122520016048.860.4水525#O550691103717040.0O．318539.955.1泥C601.9550803102116544.00.3022320018049.260.20450740107518040.8O．柏802533.9矿渣C301.3450748108017541.00.3921018012030.040.5水425#O48081299219045.00.408033.751.6泥C401.5480819100017545,00.3723021017034.752.9O48081299220045.00.428034.04l_8C401.5480821100318545．OO．3920015012035.253．O普通O49075095020044.00.419036.752.5水525#C501.749076196417544.10.3622019012049.756.8泥0550691103720040.0O．368039.450,4C601.9550690103018040.10.3322019016051.861.3(2)混凝土坍落度经时损失。试验表明，普通硅酸盐水泥与2、3号泵送剂的混凝土坍落度经时损失最大，矿渣硅酸盐水泥与1、2号泵送剂的混凝土坍落度经时损失次之，低热矿渣硅酸盐水泥和中热硅酸盐水泥与1、2、3号泵送剂的混凝土坍落度经时损失最小。不论哪种编号泵送剂，对试验用的、本地区常用的四种水泥，都具有很大的坍落度保留值，均在120～180ram之间。(3)掺加适宜掺量泵送剂混凝土的抗压强度达到所要求的强度等级C30、C40、C50、仅C60略低些，但掺泵送剂的混凝土，不仅坍落度增大130～150mm，而且用水量降低，因而在降低水灰比和泵送剂的分散作用下，强度均比基准混凝土提高2．5％～26．8％。4机理分析4．1减水机理水泥与水接触之后，立即发生水化反应，其分散体系是极不稳定的体系，特别是小粒径的粒子易成絮凝状态，一部分游离水未参与化学反应，而被包裹在絮凝的粒子团中间。加人泵送剂后，表面活性剂的憎水基团定向吸附在水泥颗粒表面，亲水基团则指向水溶液构成单分子或多分子吸附膜。由于表面活性剂的定向吸附，水泥胶粒表面上带有相同符号的电荷，于是在电性斥力作用下，能使水泥——水体系处于相对稳定的悬浮状态，使水泥水化初期形成絮凝结构解体，释放出其中的游离水，达到增大流动性或坍落度，进而起到减水的作用。同时，可使水泥颗粒有效的分散，增加润湿面积，从而加快水化速度。此外，亲水集团吸附于水泥颗粒表面，与水分子以氢键缔合，在水泥颗粒表面形成溶剂化水膜，起润滑作用，也达到增大流动性或减水作用。泵送剂还能引入一定数量的微细气泡，气泡被分子膜所包围，与水泥颗粒吸附膜的电性相同。在电性斥力作用下，气泡与气泡、气泡与水泥颗粒间相互分散，增加了颗粒间的滑动能力。因此，混凝土拌合物内掺加有泵送剂，不仅能减少用水量，而且还能增大流动性或坍落度值。4．2坍落度损失机理泵送剂吸附在水泥颗粒表面上或早期的水化产物上使水泥粒子分散，释放出游离水，因此水泥净浆稠度变稀。但是随着水泥水化反应的继续进行，吸附在水泥颗粒或早期水化产物上的泵送剂，或被水化产物包围，或是与水化产物反应，变得不能发挥分散能力，造成水泥颗粒凝聚，使得水泥净浆稠度变稠。许多学者对水泥单矿物C3A、C4AF、c3s和C2S与泵送剂溶液等温吸附的研究表明，对泵送剂的吸附活性铝酸盐大于硅酸盐，其顺序为C1AC4AFC3SC2S。当水和泵送剂一起加入时，就与水泥产生了激烈的水化反应，最初C3A、C4AF的选择吸附消耗了泵送剂，降低了分散作用。掺加泵送剂虽然可以提高混凝土流动性和降低用水量，但是由于初始水灰比低，同时水泥的分散度又比普通混凝土大得多，所以随着水泥水化的进行，结合水增多，游离水减少，致使流动性很快降低。同时，由于掺加泵送剂之后，破坏了C3A与可溶性硫酸盐之间的平衡，引起不同程度的加速凝结甚至假凝，从而使坍落度的损失增大。C3A和石膏对水泥初期水化和结构形成的作用特别重要。它们生在其中的钙矾石沉积在水泥粒子表面，控制了水泥的水化过程。而且由于泵送剂的掺加，能使可溶性S03减少，导致钙矾石生成不足，使水泥水化加快，引起坍落度损失也增大。再有，在搅拌时引入一定数量的空气，或者泵送剂中含引气组分，由于混凝土运输或泵送过程中气泡逸出，也使坍落度降低。本研究中选用四种水泥的品种、产地、细度和主要矿物组成见表11所列。表11四种水泥的技术指标／％水泥品种产地细度(0.08,ttm)筛余混合材