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矿渣微粉对减水剂效果影响及其作用机理是什么?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-07-12

研究和开发高性能混凝上是当今国际范围的热点,目前国际上配制高性能混凝土多采用硅灰、超细磨矿渣微粉,由于我国硅灰资源有限,目前国内多采用矿渣微粉作为高性能混凝土的掺合料与减水剂匹配使用。

一、试验

矿渣微粉选用鞍山钢铁集团公司生产的875级矿渣微粉,水泥选用抚顺水泥股份有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥,石子选用抚顺哈达采石厂生产的5~20mm碎石,砂子选用抚顺浑河砂厂生产的中砂,细度模数2.7,减水剂选用品种及推荐掺量见表1。

二、试验内容

通过减水率、坍落度、坍落度损失和凝结时间等试验,分析了矿渣微粉分别对表1中四种减水剂作用效果的影响。

试验参照GB/T50080《普通混凝土拌合物性能试验方法》和GB8076—1997《混凝土外加剂》进行。试验混凝土配合比列于表2。检验减水率和坍落度损失时,则通过调整用水量使新拌混凝土达到试验所要求的坍落度。

三、结果分析与讨论

(一)矿渣微粉对减水剂减水效果的影响

表3列出了矿渣微粉对各类减水剂减水效果影响的实验数据,据此可知,矿渣微粉可以不同程度地改善各类外加剂的减水效果,此现象为辅助减水效果,并按下式计算矿渣微粉的辅助减水率。

辅助减水率:

P(%)=(W -W)/W ×100%                                         (1)

式中 W——单掺减水剂到无矿渣微粉的基准混凝土拌合物用水量;

            W——同时掺矿渣微粉和减水剂的受检混凝土拌合物与基准混凝土相同坍落度时的用水量;

            P——矿渣微粉辅助减水率,%。

矿渣微粉辅助减水作用试验结果归纳于表3,分析表3结果可知,矿渣微粉对不同品种的减水剂辅助减水效果有所不同,矿渣微粉对于减水率大于或等于18%的高效减水剂,无论是引气型还是非引气型,均有显著的辅助减水效果,辅助减水率10%左右;对于减水率小于15%的减水剂,无论是萘系、木质素系,还是萘系与木质素系的复合,虽然有辅助减水效果,但辅助减水率只有2%。

通过净浆标准稠度实验分析了矿渣微粉自身对水泥流变性的影响,其结果列于表4。从表4可知,掺矿渣微粉的净浆标准稠度均与纯水泥浆体系相近,表明矿渣微粉无单独的减水效果。由此可证明,矿渣微粉的辅助减水效果是与减水剂复合作用的效应一致。

矿渣微粉辅助减水作用是以下方面综合作用效果:其一,流变学实验研究表明:水泥浆的流动性与其屈服应力τ0密切相关,屈服应力τ0愈小,流动性愈好,表现为新拌混凝土坍落度大。矿渣微粉可显著降低水泥浆屈服应力,因此可改善混凝土的和易性。其二,矿渣微粉是经超细粉磨工艺制成的,粉磨过程主要以介质研磨为主,颗粒的棱角大都磨圆,颗粒形貌比较接近鹅卵石。矿渣微粉颗粒群的定量体视学分析结果表明:矿渣微粉颗粒最可几直径在6~8μm,圆度在0.2~0.7范围,颗粒直径愈小,圆度愈大,即颗粒形状愈接近球体。矿渣微粉颗粒直径显著小于水泥且圆度较大,它在新拌水泥浆中具有轴承效果,可增大水泥浆的流动性。其三,由于矿渣微粉具有较高的比表面积,会使水泥浆的需水量增大,因此矿渣微粉本身并没有减水作用。它只有与减水剂复合作用时,前面两方面优势才得到发挥,使水泥浆和易性获得进一步改善,表现出辅助减水效果。

(二)矿渣微粉对混凝土坍落度损失的影响

矿渣微粉对混凝土坍落度损失的影响,试验结果归纳于表5。

由表5可知矿渣微粉对掺各类外加剂的混凝土坍落度损失均有改善效果,尤其是对减水率大于或等于18%的高效减水剂的坍落度损失改善效果最佳。

矿渣微粉对坍落度损失改善机理可归结为以下三方面作用:

其一,从流变学角度分析,掺高效减水剂混凝土坍落度损失较快的原因,是由于其中水泥浆的屈服应力τ随时间推移迅速增大之故,τ值与坍落度损失之间具有很好的相关性。

本项目的前期研究结果表明:矿渣掺合料可显著降低水泥浆的屈服应力τ,由于初始τ相对较小,使τ值在较长时间内维持在较低的水平上,使水泥浆处于良好的流动状态,从而有效地控制了混凝土的坍落度损失。

其二,混凝土坍落度损失原因之一是水分蒸发。混凝土在运输和施工过程中气泡不断外溢,伴随着水分蒸发,混凝土坍落度值经时损失下降。掺高效减水剂的混凝土由于用水量大幅度减少,而水分蒸发量与不掺减水剂的混凝土基本相近,因此掺高效减水剂混凝土中单位体积的水分蒸发率相对较大,使其坍落度损失加快。掺矿渣微粉的新拌混凝土具有良好的粘聚性,且泌水性很小,其原因是矿渣微粉的比表面积较大,对水分的吸附起到了保水作用,延缓了水分的蒸发速率,因此有效地抑制了混凝土坍落度损失。

其三,混凝土坍落度损失与水泥水化动力学有关。随着水化时间的推移,水泥水化产物的增长,使混凝土体系的固液比例增大,自由水量相对减少,凝聚趋势加快,致使混凝土坍落度值下降较快,在高温及干燥条件下这种现象更甚。矿渣微粉在改善混凝土性能的前提下,可等量替代水泥30%~50%配制混凝土,大幅度地降低了混凝土单位体积水泥用量。矿渣微粉属于活性掺合料,但与水泥熟料相比则为低水化活性胶凝材料。大掺量的矿渣微粉存在于新拌混凝土中,有稀释整个体系中水化产物的体积比例的效果,减缓了胶凝体系的凝聚速率,从而可使新拌混凝土的坍落度损失得到抑制。由凝结时间试验结果可知:掺矿渣微粉胶凝体系的凝结时间比纯水泥体系延长,该现象是一个有力的证明。

矿渣微粉对各类外加剂有良好的适应性,而且具有辅助减水效果,可不同程度地提高外加剂的减水效果;矿渣微粉对掺各类外加剂混凝土的坍落度损失具有改善效果,对于高效减水剂的改善效果尤佳。矿渣微粒对混凝土坍落度损失改善机理归结为三方面作用:一是降低了新拌混凝土的屈服应力,使屈服应力在较长的时间内维持在较低的水平上;二是高比表面积的保水效果,延缓了水分的蒸发速率;三是大掺量的矿渣微粉稀释了胶凝体系中水化产物比例,延缓了体系凝聚速率。矿渣微粉与减水剂匹配使用是目前配制高性能混凝土的理想材料。

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