礦渣微粉顆粒細度對水泥減水劑作用的研究

張新剛

通過摻加礦渣微粉顆粒，選擇不同的細度和摻量，做一系列試驗，找出改善水泥和外加劑適應性的方法，從而來配制高性能混凝土。減水劑能有效降低混凝土的水膠比，增大坍落度和控制混凝土的坍落度損失，賦予混凝土高的致密性和好的工作性；而礦物外加劑能填充膠凝材料的空隙，參與膠凝材料的水化，除了提高混凝土的致密性外，還能改善混凝土的界面結構，提高混凝土的耐久性和強度。

1 前言

隨著社會的發展和科技的不斷創新，對混凝土的強度和耐久性的要求越來越高。制備高性能混凝土，除了水泥、砂、石和水外，高效減水劑以及礦物外加劑也是必不可少的組分。對這些材料之間的適應性和相互影響的研究也是必不可少的，只有較好地了解了他們之間的關系，才能配制出性能優良和經濟的高性能混凝土。

高性能混凝土借助于高效減水劑的作用，可以在低水膠比的情況下獲得很高的流動性。但是從水泥與高效減水劑的適應性試驗結果可以看出，如果所用的水泥與減水劑的適應性不好的話，則難與實現高流動性的目的。

在高性能混凝土中摻入磨細的礦物外加劑，取代部分水泥，減少膠凝材料總量中水泥的作用，能同時減少同一齡期時水化物的生成量。同時磨細礦渣等礦物外加劑的水化反應依賴以水泥水化反應產生的堿性物質的激發，膠凝體的生成速度遠遠低于硅酸鹽水泥，可以減緩拌合物的初凝速度。因此，磨細礦渣對改善水泥與高效減水劑的適應性，控制流動性的降低起到了良好的積極作用。

2 試驗所用原材料和試驗儀器設備

在試驗過程中所用的原材料有水泥、水、不同細度的礦渣粉和聚羧酸系減水劑。

2.1 水泥

試驗中采用水泥為宣化水泥廠生產的黃羊山牌42.5級硅酸鹽水泥，水泥基本性能檢測見下表1、表2。

2.2 減水劑的性能（見表3）

2.3 礦渣粉化學成分（見表4）

2.4 試驗儀器設備（見表5）

此外還有①GB/T2419中規定的水泥膠砂流動度截錐試模，高60 mm，上口內徑36 mm，下口內徑64 mm；②玻璃板500mmx500mmx5mm；③天平兩臺；④刮刀、滴管各一個；⑤直尺一把；⑥感量lg天平一臺；⑦容量lOOml量筒一個。

3 研究方法

3.1 選擇聚羧酸系減水劑，測其飽和點摻量，在配制水泥凈漿選擇合適的摻量。

3.2 選擇合適細度的礦粉。

3.3 試驗采用水泥凈漿流動度法，運用微型塌落度筒測定水泥凈漿的流動度，分析飽和點的摻量與水泥減水劑相容性的關系。

3.4 設計用不同細度和摻量的礦渣粉，進行水泥凈漿流動度的試驗，列出試驗方案。

3.5 分別測試Omin、30min、60min凈漿流動度。

3.6 根據測試結果分析礦粉在改進流動度損失方面的作用。（列表、作圖）

4 結果分析

4.1 聚羧酸系減水劑JK-4飽和點的測定

聚羧酸減水劑（0_2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）分別試驗，并同時選取一個空白試驗（即不加減水劑）作為對照。

由表6可以看出摻加減水劑的流動度明顯高于不摻減水劑的，且流動度隨減水劑摻量的增加而增大。根據飽和點定義：當減水劑摻量繼續增加而流動度不再增加或增加不明顯，當繼續增加減水劑將會出現流動度經時損失增大的現象，這一點減水劑的摻量即為飽和點摻量。結合圖1綜合考慮流動度和坍落度損失，初步確定聚羧酸系減水劑飽和點摻量為1.0%。聚羧酸系減水劑有很好的保塑性，這是由于梳形結構的聚羧酸系減水劑在水泥粒子表面的電斥力和立體效應提高了水泥粒子的分散性和分散穩定性

4.2 數據處理及分析

設計用不同細度和摻量的礦粉取代水泥，選用聚羧酸系減水劑JK-4。礦1、礦2、礦3、礦4和立磨的細度分別為315m2/kg、366 m2/kg、388 m2/kg、438 m2/kg和398 m2/kg。

4.2.1 當礦粉的摻量為40%時，改變減水劑的摻量，分別測其O小時、0.5小時和1小時的流動。

表7為礦粉摻量為40%時，所測流動度數據：

從表6空白試驗中可以看出，在沒有添加礦粉時，減水劑的飽和摻量比較大，在0.8～1.0之間，且水泥的初始流動性不好，在靜停0.5小時和1小時后漿體的流動性損失很大，這就表明水泥與減水劑的適應性不好。表7中在加入不同細度的礦粉后，改善了水泥和減水劑的適應性，減水劑的飽和摻量點降低，水泥漿體的初始流動度提高；減水劑摻量達到0.6%后，加入不同細度礦粉后流動度都大幅度提高；礦1、礦2、礦3和礦4，隨著礦粉細度的增加，在相同減水劑摻量時，流動性總體上呈現逐漸增大的趨勢。摻量達到飽和點后，0.5小時和1小時仍然有很好的流動性，并且和易性也相對比較好。

4.2.2 當礦粉的摻量為50%時，改變減水劑的摻量，分別測其0小時、0.5小時和1小時的流動度。

表8為礦粉摻量為50%時，所測流動度數據：

表8-1為礦粉摻量在50%時0小時測的流動度數據，在減水劑摻量超過0.4%后，流動度的增加變得很快；當達到0.8%左右時，達到了飽和點；在往后流動度增長變緩了。礦1比表面積最小，相同減水劑摻量流動度也小，其他細度的礦粉在減水劑摻量超過0.2后，有了轉折點兒，但礦1在0.2%～0.4%時變化不是很大，在大于0.4%后，流動度才開始迅速增加，并且礦1、礦2、礦3和礦4總體上隨細度增加流動性也變大。不同之處是立磨的減水劑摻量在0.4%，流動度并沒有快速增長，跟立磨的礦粉顆粒有關，但相同減水劑摻量下的流動度高于礦1。

表8-2是減水劑0.5小時所測的流動度，在整體上看在減水劑摻量小于0.6%時損失很大，但是隨著減水劑摻量的變大，流動度的損失變小了。從半個小時流動度數據看，當減水劑摻量達到0.8%以后，礦粉細度的作用明顯了，礦1、礦2、礦3和礦4流動度變化不大，流動度損失也很小。

表8-3是在靜停1小時后，所測得流動度。礦1、礦2、礦4和立磨，在摻量大于0.4%左右流動性開始變大了，而礦3卻在0.6%左右才開始逐漸增大，出現延后；立磨在摻量達到飽和點后，流動度變化平穩，說明在用立磨時聚系減水劑會改善水泥和減水劑的相容性。

橫向比較表7和表8隨著礦粉摻量的增加，在減水劑摻量達到0.6%后，水泥漿體的流動性明顯增加了，并且0.5小時和1小時流動度損失也進一步降低，說明增大礦粉摻量會進一步改善水泥和減水劑的相容性。

5 總結和展望

5.1 總結

1.礦粉能在摻有減水劑的情況下，顯著降低漿體的屈服應力，使得初始屈服應力相對較小。大摻量礦粉使水化進程大大推后，減少了水分的消耗。而且，礦粉的比表面積大，對水的吸附能力強，改善其粘聚性，且泌水量小，水分蒸發速率下降，從而，增大了流動度，減緩了坍落度損失，能改善水泥和混凝土的相容性。

2.隨著礦粉細度的增加，漿體流動度在達到飽和點摻量后，流動度的變化比較均勻，并且流動度的損失變小。

3.隨著礦粉細度增加，在飽和點前后明顯增加流動度，且泌水性良好。

4.礦粉摻量越大，在減水劑摻量達到0.6%后，水泥漿體的流動性明顯增加，并且0.5小時和1小時坍落度損失降低，說明增大礦粉摻量會進一步改善水泥和減水劑的相容性，對水泥和減水劑相容性改善作用越好。

5.2 展望

1.提高粉磨系統，使礦渣微粉顆粒的球形度要好，充分發揮它的填充作用和微骨料效應，起到減水目的和提高流動性。

2.多進行超細礦粉的研究，配制高性能混凝土。