利用不同方法檢測水泥與減水劑相容性的研究

張鵬飛

（中國鐵路蘭州局集團有限公司工程質(zhì)量監(jiān)測所 甘肅蘭州 730000）

0 引言

水泥減水劑的使用主要起到改善水泥流變性的作用。在進行混凝土施工過程中，對減水劑的檢測是一項重要工作內(nèi)容，其中包括對減水率、泌水率、強度比和勻質(zhì)性等多種指標(biāo)的檢測，從而確保水泥與減水劑具有較好的相容性，減少混凝土施工過程中的問題。

1 水泥與減水劑相容性的影響因素

水泥與減水劑相容性的檢測主要依據(jù)2008年頒布的《水泥與減水劑相容性試驗方法》（JC/T 1083），其中的主要內(nèi)容包括初始流動度、流動度經(jīng)時損失率和減水劑飽和摻量點三方面。同時上述規(guī)定也對水泥與減水劑的相容性制定了相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，其中在飽和摻量點明確、飽和摻量不高、初始流動度大、經(jīng)時流動度損失較小、以及在特定的減水劑摻量時凈漿無明顯泌水現(xiàn)象的情況下，說明水泥與減水劑具有較好的相容性。根據(jù)相關(guān)研究，影響水泥與減水劑相容性的因素主要為以下幾方面。

1.1 熟料質(zhì)量

水泥熟料的組成成分對于減水劑的應(yīng)用效果具有一定程度的影響，其中水泥熟料中的不同成分的影響程度也存在區(qū)別。在C3A、C4AF、C3S、C2S四種成分當(dāng)中，由于C3A的吸附性與水化速度相對于其他幾種成分更強，C3A對于減水劑的吸附性也較強，對外加劑具有較大影響。在C3A含量較大的情況下與減水劑相容性較低，因此在《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424—2018）中將熟料中的C3A含量作為型式檢驗項目。

1.2 水泥組成成分及用量

水泥的生產(chǎn)過程中需要應(yīng)用石膏、粉煤灰、煤矸石等原料，上述原料在水泥中的含量和比例都會對水泥與減水劑的相容性造成影響。比如在水泥生產(chǎn)過程中應(yīng)用雜質(zhì)含量較高或有效成分含量較低的石膏，就會造成水泥與外加劑的適應(yīng)性下降。同時如果其中的堿含量較大，也會降低減水劑與水泥的適應(yīng)性，造成減水劑塑化效果下降，混凝土坍落度經(jīng)時損失增大[1]。在混合材的使用方面，通常情況下?lián)降V渣的水泥相對于摻煤矸石的水泥對減水劑的適應(yīng)性更強。

1.3 水泥細(xì)度與顆粒組成

在水泥生產(chǎn)上主要是根據(jù)強度，對細(xì)度指標(biāo)加以確定。在熟料的強度較低、混合材含量較高的情況下一般采用增加粉磨細(xì)度的方法提高強度，而在細(xì)顆粒含量較大的情況下需水量也相應(yīng)較高，造成與外加劑相容性降低。同時水泥生產(chǎn)過程中所采用的磨機也會對需水量造成影響，在水泥顆粒球形度較高的情況下需水量相對較小，與外加劑的相容程度也較好。

1.4 水泥生產(chǎn)時間及溫度

水泥生產(chǎn)時間與溫度也會對水泥與減水劑的相容性造成影響。對于新生產(chǎn)的水泥，由于水泥顆粒存在較多的電荷，具有較強的吸附作用，因此與減水劑的相容性也較低。如果水泥的溫度較高，也會造成與減水劑的相容性下降。

2 水泥與減水劑相容性的檢測方法

2.1 Marsh筒法

Marsh筒法是《水泥與減水劑相容性試驗方法》當(dāng)中規(guī)定的一種檢測方法，其應(yīng)用過程是：事先將水泥與減水劑進行混合，而后將其放置于Marsh筒當(dāng)中，對水泥漿體注滿200mL容量瓶所用的時間進行檢測，從而能夠?qū)λ酀{的流動性做出檢測。通過應(yīng)用此方法，能夠?qū)︼柡忘c高低、Marsh時間以及Marsh時間的變化情況等方面做出判斷，從而可得出水泥與減水劑的相容性。Marsh筒法應(yīng)用的原理在于水泥凈漿在重力作用下的流動速度與其表觀粘度存在相關(guān)性，在表觀粘度較大的情況下，流動速度也相對較慢，Marsh時間也相應(yīng)較長。通過對Marsh時間的分析，能夠得出水泥凈漿表觀粘度情況，也就是表觀內(nèi)摩擦大小。其中表觀粘度是指剪切應(yīng)力與剪切速率之間的比值，在剪切速率發(fā)生變化的情況下，表觀粘度也隨之發(fā)生變化。

2.2 凈漿流動度法

凈漿流動度法與Marsh筒法的原理基本一致，但在使用的檢測器材與操作方式上存在差別。凈漿流動度法的主要操作方式是在水泥凈漿攪拌機當(dāng)中加入一定數(shù)量的水泥、外加劑和水并進行攪拌，而后將攪拌完成后的凈漿注入截錐圓模，將截錐圓模提起，對水泥凈漿在玻璃平面上流動的最大直徑進行檢測。其中需要選用的儀器包括水泥凈漿攪拌機、截錐圓模、φ400mm×5mm的玻璃板、秒表、300mm鋼制直尺、刮刀以及100g、1000g藥物天平。

應(yīng)用此種檢測方法時，先將玻璃板放置與水平位置，并利用濕布對玻璃板、截錐圓模、攪拌器及攪拌鍋進行清理，使其表面保持濕潤，同時不出現(xiàn)水漬，并將截錐圓模放置于玻璃板中間，用濕布將其覆蓋。而后稱取300g水泥倒入攪拌鍋內(nèi)，根據(jù)要求分別添加減水劑與水87g和105g并攪拌3min。攪拌完成后將凈漿快速注入截錐圓模內(nèi)并利用刮刀刮平，從垂直方向提起截錐圓模，開啟秒表計時，讓水泥凈漿在玻璃板上流動1min后，利用直尺分別測量流動范圍內(nèi)相互垂直的兩個方向最大直徑，將平均值作為水泥凈漿流動度。在表示水泥凈漿流動度結(jié)果時應(yīng)標(biāo)注用水量、水泥強度等級標(biāo)號、型號、廠家、外加劑摻量等信息。最后應(yīng)保證室內(nèi)允許偏差在5mm。

2.3 水泥泌水率的檢測

通過對水泥泌水率的檢測，能夠反映出水泥的保水性能，同時也可以用于檢測水泥與減水劑的相容性。該檢測方法的應(yīng)用方面，需要事先將250g水、500g水泥放入攪拌鍋，通過水泥凈漿攪拌機進行攪拌，攪拌過程中先低速攪拌120s，而后暫停15s，對葉片與攪拌鍋壁的水泥進行清理，并高速攪拌120s。攪拌完成后利用攪拌勺繼續(xù)攪拌5s，在攪拌均勻后向300mL量筒當(dāng)中加入250g水泥凈漿，在水泥初凝之前30min左右開始記錄，而后每隔20min進行一次記錄，直到相鄰兩次泌水量不繼續(xù)增加。水泥泌水率的計算公式表示為M=G1/G0×100%，其中M為水泥泌水率；G1為泌水量；G0為水泥砂漿含水量。

3 水泥與減水劑相容性檢測方法應(yīng)用實例

實際的檢測工作中，需要采用有效的檢測方式，才能對水泥與減水劑的相容性做出準(zhǔn)確檢測。如某次試驗采用了Marsh筒法與泌水率檢測相結(jié)合的方式，對水泥與減水劑相容性檢測方法進行了改進。該項試驗采用了成分為95%熟料與5%石膏的P·I型水泥，其中包括石膏、固硫灰與鈦礦渣幾種成分，減水劑選用了聚羧酸系減水劑，固含量40%。上述成分的配比當(dāng)中，以P1為基準(zhǔn)樣，P2中輔助性膠凝材料含量20%，原狀固硫灰與鈦礦渣比值1：2；P3中上述材料分別為20%與1：1；P4中分別為20%、2：1；P5、P6、P7中輔助性膠凝材料含量均為20%，磨細(xì)固硫灰與鈦礦渣比值分別為 1：2、1：1、2：1；P8、P9、P10 輔助性膠凝材料含量均為40%，原狀固硫灰與鈦礦渣比值分別為 1：2、1：1、2：1；P11、P12、P13 輔助性膠凝材料含量均為40%，磨細(xì)固硫灰與鈦礦渣比值分別為1：2、1：1、2：1[2]。

而后根據(jù)《水泥與減水劑相容性試驗方法》的要求，利用Marsh筒法以及《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》當(dāng)中的混凝土泌水試驗方法分別進行凈漿相容性試驗以及泌水量測試。其中相容性指數(shù)α=K1K2/K3。根據(jù)測試結(jié)果，在加入固硫灰與鈦礦渣后，不同試樣的相容性結(jié)果如圖1所示。

圖1 未修正聚羧酸減水劑體系相容性指數(shù)

從圖1能夠看出，在固硫灰與鈦礦渣比值增加的情況下相容性指數(shù)逐漸減小，同時在加入磨細(xì)固硫灰的情況下，相容性指數(shù)相對較高。此外，泌水性也是開展定量評價的關(guān)鍵因素，因此在應(yīng)用Marsh筒法進行相容性檢測的同時通過引進抗泌水性能系數(shù)K4對相容性計算公式進行完善，此時相容性計算公式為α=K1K2/K3·K4，相容性指數(shù)修正結(jié)果如圖2所示。

圖2 相容性指數(shù)修正值

4 結(jié)論

減水劑在水泥的使用過程中發(fā)揮著重要作用，在其應(yīng)用過程中，需要充分重視對水泥與減水劑相容性的檢測工作，從而實現(xiàn)對水泥材料的合理利用。