鐵尾礦石粉細度對水泥漿體相容性的影響研究

劉駿超 李崇智

（北京建筑大學北京高等學校“工程結構與新材料”研究中心，北京 100044）

相容性是指在同一個連通的體系中，存在兩個或多個獨立的個體，個體之間相互作用、相互影響，最終對整個體系產生合力影響。相容性的優良直接影響體系所呈現出的效果[1]。標準JC/T1083-2008對減水劑-水泥體系的相容性進行量化，即使用相同的減水劑或者水泥時，由于其中之一的質量變化引起水泥漿體的流動性與經時損失變化，以及獲得相同流動性情況下，所加入減水劑量的變化程度。根據定義，對減水劑-水泥體系[2]進行引申，將石粉引入體系，對減水劑-水泥-石粉體系進行研究，研究石粉細度的變化對體系性能的影響，包括初始凈漿流動度、經時流動度損失、Zeta電位經時變化。由于級配的連續性，粒徑在0.075mm~0.15mm之間的顆粒也列入石粉的研究范圍。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥

采用北京金隅P.O42.5水泥，性能指標如表1所示。

（2）石粉

選用北京首云礦業有限公司生產的鐵尾礦砂，對鐵尾礦砂進行碾磨處理，不同碾磨時間制成不同細度的石粉，分別制備出D0.15、D0.075和D0.045三個級別，D0.075表示石粉中90%的顆粒粒徑小于0.075mm，其它依此類推。

表1 水泥性能指標

（3）外加劑

北京某公司生產的緩釋型聚羧酸減水劑，固含量均為20%，含氣量1.5%，減水率大于26%，符合《混凝土外加劑》（GB8076-2008）和《聚梭酸系高性能減水劑》（JG/T223-2007）的要求。

1.2 試驗方法

（1）水泥凈漿試驗方法

將《混凝土外加劑勻質性試驗方法》（GB/T8077-2000）中凈漿制備的方法稍加改動，凈漿制備時，先將三種細度的石粉以外摻的方式加入水泥，再倒入鍋中攪拌，石粉摻量為水泥質量的5%，水泥用量為300g，水與外加劑總量為87g，其它步驟與標準試驗方法一致。凈漿制備完成后，每隔半小時對凈漿的流動度進行測定，測定時間點分別為初始、30min、60min和90min。

（2）Zeta電位試驗方法

采用上海中晨數字設備有限公司生產的JS94H型微電泳儀進行Zeta電位試驗，取0.1g制備好的水泥凈漿摻入100g去離子水中，用玻璃棒攪拌15s，靜置1min，取上層清液滴加入電泳儀比色皿中，放入儀器進行Zeta電位測定。每隔30min對凈漿試樣進行Zeta電位測定，測定時間緊隨凈漿流動度試驗。

圖1 減水劑摻量0.6%時的凈漿經時流動度

圖2 減水劑摻量0.7%時的凈漿經時流動度

圖3 減水劑摻量0.6%時的凈漿Zeta電位

2 結果與分析

2.1 凈漿流動度試驗

圖1是減水劑摻量0.6%時凈漿的經時流動度情況。從圖中可看出，不摻石粉的空白組凈漿經時變化較小，流動度基本為240mm，90min流動度損失為0mm，說明減水劑與水泥的相容性較好；摻入石粉D0.15的凈漿流動度經時變化較小；

摻入石粉D0.075和D0.045的凈漿初始流動度相較于前兩組有所下降，說明石粉越細，需水效應越明顯；隨著時間推移，后兩組的流動度損失不斷增加，但摻入石粉D0.045的凈漿流動度損失小于摻入D0.075的組別。這說明石粉的分散作用[3]與石粉自身的性質有關。

分析其原因：石粉顆粒越細，在減水劑的作用下顆粒更易分散，使被包裹的水分被充分釋放，從而降低了凈漿流動度損失。提高減水劑摻量后該現象更加明顯，從圖2可看出，摻入石粉D0.045的經時流動度損失明顯低于摻入石粉D0.075的組別；同時還發現，提高減水劑摻量也可增大各組凈漿流動度，并降低流動度損失，減水劑摻量的提高使更多陰離子吸附在水泥顆粒表面，增大了顆粒間的靜電斥力和空間位阻效應，減小了水泥顆粒之間的摩擦，從而提高了凈漿流動度。

圖4 減水劑摻量0.7%時的凈漿Zeta電位

2.2 Zeta電位試驗

圖3 和圖4分別表示不同減水劑摻量下石粉細度對凈漿Zeta電位的影響。Zeta電位的大小代表者顆粒表面陰離子電荷的多少，所帶電荷越大，說明顆粒表面吸附的減水劑分子越多，顆粒之間的分散性越好。從圖3中可看出，不摻石粉的凈漿Zeta電位相對較高，30m in時的Zeta電位達到-10.1mv，隨著時間的推移，減水劑的分散效果不斷增強，不摻石粉和摻石粉D0.045的凈漿Zeta電位呈上升趨勢，30m in時達到最大值；隨著時間進一步推移，減水劑分散效果逐漸減弱，顆粒表面的雙電層中陽離子數量越來越多，Zeta電位逐漸回落；提高減水劑摻量可增大顆粒表面陰離子數量，使Zeta電位整體增大，凈漿則表現出更好的流動性。

從圖4中發現，摻石粉D0.045的凈漿經時Zeta電位變化較小，而其它組的Zeta電位均隨時間推移而不同程度的減小，究其原因，可能是石粉D0.045的顆粒粒徑較小，同等摻量下具有更多顆粒數量，這些細小的石粉顆粒吸附減水劑分子后形成了空間位阻，因此隨著時間的推移，摻石粉D0.045的凈漿Zeta電位較穩定。

結論

（1）當減水劑摻量為0.6%時，細度為D0.075的鐵尾礦石粉初始凈漿流動度為225mm，90min為160mm，低于其它細度的石粉，吸附減水劑的能力最強，需水行為最明顯，鐵尾礦石粉吸附外加劑能力的強弱關系為：石粉D0.075＞石粉D0.045＞不摻石粉＞石粉D0.15。

（2）當減水劑摻量為0.6%時，不摻石粉的水泥凈漿30min的Zeta電位值最大，為-10.1mv，此時水泥凈漿的分散性最佳，各組水泥凈漿Zeta電位的強弱關系為：不摻石粉＞石粉D0.045＞石粉D0.075＞石粉D0.15。

（3）隨著減水劑摻量的提高，水泥凈漿初始流動度和Zeta電位均整體呈增大趨勢，且經時變化趨于穩定。

[1] 郭清春。聚羧酸減水劑與減縮劑的相容性研究.重慶大學,2012。

[2] 李崇智，馮乃謙，牛全林。高性能混凝土的研究與應用-第五屆全國高性能混凝土學術交流會論文，2004。

[3] 文俊強。石灰石粉作混凝土摻合料的性能研究及機理分析[D]。北京:中國建筑材料科學研究總院，2010。