水泥净浆试验（共8篇）
水泥净浆试验 篇1
土钉支护因其经济可靠, 快捷简便的特性, 近年来发展迅速, 被广泛应用于基坑支护、边坡支护等工程中, 也常常与其他桩体或支护形式组合使用。水泥净浆与水泥砂浆常被用于土钉支护中钻孔的注浆, 为保证注浆材料对钻孔的充分填充与防止注浆体在硬化过程中产生干缩裂缝, 常要求水泥注浆材料不发生体积收缩[1]。并且在工程应用中也常发生由于超挖, 土钉的承载力发挥过晚等原因, 导致边坡与基坑失稳等事故, 因此也常要求注浆材料有一定的早强作用[2]。目前工程上常通过在以水泥为主的胶凝材料中加入膨胀组分的方法来补偿水泥水化硬化过程中产生的收缩[3]。土钉注浆中常用的膨胀剂有明矾石和UEA类膨胀剂, 但由于明矾石膨胀水泥的膨胀性能不稳定, UEA类膨胀剂是目前工程运用最多的膨胀剂。UEA与水泥在水化过程中形成的膨胀结晶体-钙矾石 (C3A·3Ca SO4·32H2O) , 能够使水泥石产生适度膨胀, 且对水泥有一定的早强作用, 有利于水泥浆体早期强度的发展[4]。目前对UEA的应用研究多集中在水泥砂浆与混凝土, 对水泥净浆的研究较少, 为了确保掺加UEA的水泥净浆既能满足土钉注浆的工程需求, 又不至于收缩或膨胀过大, 导致注浆体开裂, 有必要对掺UEA水泥净浆的膨胀性能、工作性能、强度等进行研究。
现通过水泥膨胀性试验, 测定分析由不同水胶比与不同UEA掺量制成的水泥净浆试件, 在无约束条件与有钢筋约束条件下, 其自由膨胀率与限制膨胀率随龄期的发展变化以及膨胀剂掺量与水胶比对膨胀率的影响关系。最后通过水泥强度试验分析了普通硅酸盐水泥在掺加一定量UEA后, 强度随龄期的变化情况, 为工程实际运用提供一定的参考。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
(1) 水泥:中国水泥厂生产的海螺牌P·O42.5级水泥, 各项技术指标见表1。
(2) UEA膨胀剂:广州黄榜建材有限公司生产的低碱UEA型混凝土膨胀剂。
(3) 砂:厦门艾思欧标准砂有限公司生产的 (ISO) 水泥试验用标准砂。
1.2 试验方法
掺UEA水泥净浆的自由膨胀率按照《膨胀水泥膨胀率试验方法》 (JC/T313—2009) 试验测定, 以UEA膨胀剂等质量取代水泥, 掺量分别为6%、8%、10%, 水胶比选用土钉注浆 (水泥净浆) 常用的配比0.38、0.40、0.42、0.45、0.48[5]。每一个膨胀剂掺量均对应上述5个水胶比, 每组配比用25mm×25 mm×280 mm的三联试模制备胶凝材料试件。注浆后的试模在 (20±3) ℃的养护箱中养护24h后拆模, 制好的试件放在20℃±3的水体中养护, 用比长仪在规定龄期分别测定其竖向自由膨胀率。
掺UEA水泥净浆的限制膨胀率的测定参照上述试验方法, 注浆前在三联试模的每个槽中间内置一根长度为250 mm、直径为4mm的钢筋, 试模端头放置铜质顶头, 注浆后试模的养护、试件的养护、限制膨胀率的测定, 均与自由膨胀率测定的试验方法相同。
掺UEA水泥的强度变化试验按照《水泥胶砂强度检验方法》 (GB177—85) 进行试验, 水泥胶砂的配比为一份水泥、三份标准砂和半份水。
2 试验结果与分析
2.1 掺UEA水泥净浆的自由膨胀率试验
图1~图3分别为UEA掺量为6%、8%、10%情况下水泥净浆的膨胀变形曲线。
由图1~图3可见, 试件都是膨胀的, 且大部分的膨胀基本在第14d龄期以前发生。在UEA掺量6%~10%范围内, 竖向膨胀率随水灰比增加而减小, 随膨胀剂掺量增加而增加, 这是因为当水胶比较大, 膨胀剂掺量较小时, 水泥石的孔隙率较高, 收缩变形较大, 存在较多的无效膨胀[6]。当UEA掺量相同时, 水胶比0.42~0.48范围内的膨胀率差距较小, 且明显小于水胶比为0.38~0.40的情况。
根据上述分析, 选定水胶比为0.38、0.42、0.48的试验结果, 如表2所示, 用正交试验极差分析的方法对实验结果进行分析, 比较膨胀剂掺量与水胶比对膨胀率的影响顺序[7]。结果由表3可知, 对UEA掺量6%~10%、水灰比0.38~0.48条件下的水泥净浆7 d、28 d的膨胀率, UEA掺量的极差值均大于水胶比的极差, 因此这两个因素对膨胀率的影响顺序为:UEA掺量>水胶比。
2.2 掺UEA水泥净浆限制膨胀率试验
在限制膨胀率试验中成型了6组试件, 试验方案和试验结果分别见表4。
由表4可知, 在内置一根钢筋的情况下, 水泥试件始终是膨胀的, 且限制膨胀率始终随UEA掺量的提高而提高。相同的膨胀剂掺量条件下, 水胶比为0.40时的膨胀率略大于0.45, 且28 d的膨胀率大约为相同条件下自由膨胀率的一半, 由此可以看出水泥净浆在有钢筋限制条件下的膨胀率将明显降低。由于在限制条件下, 膨胀水泥产生的膨胀可以降低孔隙率, 提高水泥砂浆的强度与密实度[6], 并且土钉支护时水泥浆体是在钢筋与孔洞的双重限制条件下工作的, 所以在注浆体中加入适量的膨胀剂有利于土钉支护的稳定。
2.3 掺UEA水泥强度试验
掺UEA水泥强度按《水泥胶砂强度检验方法》 (GB177—85) 试验, 试验方案和试验结果列于表5。
由表5与图4和图5可知, 掺加膨胀剂后的水泥早期强度发展较快, 3 d和7 d抗压强度分别为28d的65%和80%, 3 d的抗折强度约为28 d的75%, 后期强度稳定上升, 28 d时与不掺膨胀剂的水泥强度大致相同。UEA掺量为8%的抗压与抗折强度始终大于10%时的情况, 由此可知UEA掺量过大将会对水泥强度产生不利影响, 并且掺加膨胀剂后, 水泥的抗折强度均大于不掺膨胀剂的情况。
3 结论
(1) 在UEA掺量6%~10%, 水胶比0.38~0.48范围内的水泥净浆在水体养护条件下, 自始至终都是膨胀的, 膨胀在14d之后趋向稳定, 但是在水体养护的条件下, 还会继续膨胀。
(2) 在上述情况的条件下, 水胶比对水泥浆的膨胀率的影响小于UEA掺量的影响;膨胀率随膨胀剂掺量的增加而增加, 在相同UEA掺量条件下, 当水胶比大于0.42时, 膨胀率将明显降低, 且0.42~0.48范围内的膨胀率差距较小。
(3) 掺UEA的水泥净浆在完全包裹钢筋时的限制膨胀率约为相同情况下自由膨胀率的一半。UEA掺量相同的情况下, 水胶比0.38~0.48范围内的限制膨胀率差距不大, 水胶比的变化对限制膨胀率的影响较小。
(4) UEA在掺量6%~10%范围内, 对水泥后期强度 (28 d抗压强度) 的发展无明显影响, 但均有利于水泥浆体早期强度的发展。且UEA掺量不宜过大, 当掺量超过10%时, 将不利于水泥最终强度的发展。
参考文献
[1] 周俊颖.土钉墙工程需注意的几个问题.太原科技, 2003; (3) :62 —63
[2] 龙作颖, 熊智彪, 王启云, 等.纯土钉墙支护施工阶段失稳分析.施工技术, 2008; (37) :90—92
[3] 戴民, 聂元秋, 吴解放.UEA/硅灰石粉对水泥基灌浆料性能的影响.混凝土, 2010; (3) :74—76
[4] 谷永军.UEA补偿收缩混凝土技术的应用.安徽建筑, 2009;16 (6) :52—53
[5] GJB 5055—2066, 土钉支护技术规范
[6] 王达, 蒋首超, 王震.微膨胀水泥砂浆的性能研究.四川建筑科学研究, 2010;36 (5) :183—187
[7] 李益进, 周士琼, 杨明.UEA对水泥砂浆和高性能混凝土性能的影响.混凝土, 2001; (5) :12—15
浅析路面基层水泥稳定土延迟试验 篇2
关键词：水泥稳定土：延迟试验
中图分类号：U416.204文献标识码：A文章编号：1000-8136(2009)26-0023-02
1概述
(1)众所周知，水泥稳定土是用水泥做结合料所得混合料的一个广义的名称，它既包括用水泥稳定各种细粒土，也包括用水泥稳定各种中粒土和粗粒土(含粒料类材料)。规范的定义为：在经过粉碎的土和原来松散的土中(应含粒料类材料)掺入足量的水泥和水，经过拌和得到的混合料在压实和养生后，当其抗压强度符合规定的要求时，称为水泥稳定土。
(2)水泥稳定土作为路面半刚性基层材料，在我国公路工程建设中得到广泛使用。它具有独特的经济性、良好的板体性和较高的承载能力，也是路基路面的主要承重结构层。因此，要提高路面的使用性能和寿命，保证其整体质量，除搞好其混合料配合比设计，还要建立施工过程控制的方法、措施和标准。而水泥稳定土延迟试验正是建立施工过程控制的方法、措施和标准的基本试验之一。
(3)水泥稳定土延迟试验，又可以说是施工截止点的节点试验，就是确定水泥稳定土干混合料材料自加水之时起的合格材料(即材料强度、密实度符合要求)，经过时间的顺延到不合格(材料强度、密实度不符合要求)，该时间内的水泥稳定土强度、密实度试验。目的是求得材料强度、密实度符合要求的时间段，换言之，就是施工中碾压成型的控制时间区间。
(4)水泥稳定土延迟试验的意义十分重大，水泥延迟试验的意义在于提供可满足设计要求的密度、强度的施工时间范围。同时，我们认为还应该为现场提供随碾压时间变化而变化的标准检测参考密度。大量的实践表明，从加水拌和到碾压终了延迟时间对水泥稳定土混合料的强度和所达到的干密度有明显影响。时间越长，混合料损失越大。施工技术规范明确指出：延迟4h水泥稳定土混合料所能达到的干密度只有无延迟时间干密度的92％，强度则从无延迟时间的5.2 MPa降到了2.1 MPa，降低了60％。路面施工技术规范对水泥稳定土延迟2 h后的强度损失说的很清楚，建议大家认真看一看规范，这里就不多述了。
2延迟试验的方法和步骤
2.1施工技术规范要求
水泥稳定土施工前必须做延迟时间对混合料强度影响的延迟试验，并通过试验确定应该控制的延迟时间。延迟试验怎么做，路面基层施工技术规范和无机结合料试验规程都没有提供标准的方法和步骤，这方面，公路建设者和管理人员也作了一些探索，但是大家没有形成统一的模式，所以，还是没有成功的经验可寻。
2.2施工方法和步骤
笔者也曾做过几次水泥稳定土延迟试验，下面结合自己的实践过程和经验，谈一谈水泥稳定土延迟试验的方法和步骤：
延迟试验的方法可以分为两种情况：一是配合比试验阶段延迟试验，二是试验段施工阶段的延迟试验。究竟哪一种试验符合适用施工过程控制，分述如下：
(1)配合比试验阶段延迟试验，隶属于无机结合料水泥稳定土材料混合料标准试验的一部分，它是在基本配合比形成之后，即提供的配合比混合料的材料密实度合适、强度满足设计要求、水泥用量符合规范的情况下，进行水泥稳定土的延迟试验，着重提供标准的水泥延迟试验。但是，我们不难看出，把它直接用于施工过程的控制还需要商榷。既然是标准的水泥延迟试验为什么还要商榷呢?原因也正是出在标准这里，正因为它是标准试验，什么都是标准的：计量是标准的计量、空气中的湿度一定的、温度又是标准的20℃，正负误差符合规范。然而它不是施工现场的基本情况，没有风力的影响，空气中的湿度、温度也是有区别的，两者不属于一种环境情况。我们知道，水泥的硬结和硬化过程受环境，特别是温度影响特别大，不同的环境温度，水泥的延迟试验的密度、强度也是不同的。假设室内标准延迟试验的温度高于实际施工温度，风力情况忽略不计，那么该水泥延迟试验尚可用于实际施工控制，因为，低温度水泥延迟试验的试验时间要长一些。也就是满足要求的施工时间要长，这好比用长的尺子去测量短的绳子，无论如何尺子是够用的，但是这种理想的状态仅适合低温阶段施工，实用性不强。另外从积累经验、多做工作和验证配合比的角度，做配合比水泥延迟试验是可行的。
(2)试验段施工阶段的延迟试验我们以为才是水泥稳定土延迟试验的标准试验。但是，该试验也不是一劳永逸，做一次就够了．应该多做几次，不同的温度施工段都要做，毕竟，路面基层施工不可能一蹴而就，几个工作班就完成任务了，有的往往还需要跨年施工作业，这样环境和温度的变化就很大，不想多做工作肯定是行不通的。
2.3试验段施工阶段的水泥稳定土延迟试验方法
水泥延迟试验的取样时间，应该在铺筑试验路段的过程中，在生产相对稳定的情况下取样，场拌法施工时，在粒料拌和站一次性完成取样；路拌法施工时，从有代表性的位置，截取一段。样品数量要满足试验要求。
样品放置在试验室外，原地面应保持湿润状态，力求环境与实际施工环境相一致，受到天气、风力、温度的影响是一样的。
要把试样整理成型，样品在室外人工摊铺成和施工现场松铺厚度一致的梯形样堆，稍加整平后用铁锨轻轻拍击一遍即不能覆盖。使其密实度稍低于现场摊铺机摊铺的密实程度或者人工机械整平后的密实度。
如果把水泥延迟试验的混合料放在室内，或者在室外用物品盖住以保持其水分。其实，这样就与实际施工环境不一致，它受天气、风力、温度的影响发生变化，水泥的延迟允许施工时间不能指导施工。我们通过对室内水泥延迟试验的结果进行分析时发现，水泥延迟试验6 h仍然能满足施工要求，干密度和强度也符合标准，但是，这样做不符合施工技术规范规定和水泥延迟试验的目的。在室内或者室外覆盖作水泥延迟试验，仅适用于比较试验和积累试验经验。
做水泥延迟试验时从一个侧面依次均匀取样，取样时还应该剔除侧面晒(晾)干料的2／3。
水泥延迟试验每间隔1 h做一次，天气温度高、风力较大时，根据材料变化情况、密度试验结果，可仅作到6 h或水泥的终凝时间即可。
水泥延迟试验的最大干密度试验同正常击实试验，而无侧限抗压强度试件制作时，含水量的取值试验方法有两种：一是快速测定含水量后再制作试件，如用微波炉法、炒干法、酒精法等，这样，试验中间就有一个停顿过程，此时，水泥碎石混合料中的水泥会发生化学反应而吸收水分，混合料也会损失水分；另外，含水量试样的取样也不多，因此不准确。二是按湿密度成型试件，即混合料的湿密度×要求的压实度×试模体积=试件称样重。我们曾经做过对比试验，计算试件称取重量，通过试验，试件称样重用湿混合料与实际求得含水量后所应该得到的试件称样重基本一致，称量差<±2.5 g(指Ф100 mm试件)。因此水泥延迟试验试件的制
作可以用混合料的湿密度来计算。注意，要在击实取混合料样的同时，取回制作强度试件的试样材料，并在试验室内保湿放置好，待视密度计算出来之后，迅速分取试样并尽快成型无侧限抗压强度试验试件。
水泥延迟试验要求保持含水量不变。我们应理解为试样击实含水量和强度试件制作时含水量一致；不能理解为保持最佳含水量不变，这种理解显然是不适合水泥延迟试验的。
制作强度试件的数量问题，施工技术规范是这样规定的：当材料粒径>25mm时，试验规定用Ф150 mm试模作无侧限抗压强度试件。试验时如果强度的偏差系数>15％的情况下，试件个数不少于13个，作到13个。Ф100mm中试件试模要做到9个，小试件试模则做到6～9个不等。如是这样按标准频率去做，在实际的水泥延迟试验时，一套机械设备根本做不到。要解决这个问题，粗粒土要统一用中Ф100 mm试件试模，因为水泥延迟试验重点是要看强度的平均值，而概率值、偏差系数、判定值只是起到辅助参考的作用。如果在延迟时间的最后几个小时做的强度试件，它的偏差系数一定大、超过规范，甚至强度平均值都不合格，还要求做到13个试件，再说时间也不允许，因为1 h做一次，光击实试验需要20 min～30 min，如果向后延迟时间再做的强度试件就不是此密度的试件了。当材料粒径>25 m／n时，可以考虑借用沥青马歇尔击实的试验方法，用“替代法”，以26.5 mm颗粒来替代>26.5 mm以上颗粒，这样就可以使用Ф100 mm试模作无侧限抗压强度的试件，也就解决了Ф150 mm试模按标准频率作强度试件做不到的问题。
做好的水泥稳定试件要按规定放在标准养生室内养生，大、中试件要用塑料袋装好养生，这和标准试验是一样的，养生6天浸水1天后进行试压。养生温度、湿度及符合强度要求的几组试件养生期间试件质量损失应符合标准规定。
2.4做延迟试验的无侧限抗压强度试验
计算、统计、整理水泥稳定土延迟试验的几组强度和密度，检验汇总成果，绘制出水泥延迟时间与强度、密实度的关系曲线，曲线的绘制请参考路面施工技术规范中附图3.1.7《延迟时间对水泥砂砾的强度和干密度的影响》。得出符合要求的延迟试验时间，用以指导实际施工过程的质量控制。
3结束语
水泥净浆试验 篇3
随着国家环保要求的提高,火力发电站的使用将严格控制,从而导致混凝土主要矿物掺合料粉煤灰的产量大大降低,为了保证混凝土使用合格粉煤灰,水泥净浆扩展度试验因其具有省时、省料和简捷的特点被多数商品混凝土生产企业用于粉煤灰的进货检验。但是,由于新拌水泥浆与新拌混凝土组成之间的明显差异,净浆法未考虑砂石对混凝土的流动性影响,水泥净浆的主要流变性能表现为粘性体,而砂浆和混凝土的主要流变性能表型为塑性体,因此理论上认为砂浆扩展度与混凝土坍落度之间相关性要好于水泥净浆流动度与混凝土坍落扩展度之间的相关性,因此水泥净浆试验结果有时难以指导混凝土的试配生产。
传统的混凝土坍落度试验方法虽能准确的反映粉煤灰的真实性能,但是其缺点也很明显,如费时、费力、费料等。因此本文研究了35个粉煤灰样品净浆流动度和砂浆扩展度与具有相同配合比的混凝土坍落扩展度之间的相关性。
2 试验方法步骤与原材料
2.1 实验方法步骤
⑴检测试验所需的所有原材料包括水泥、粉煤灰、外加剂、普通砂、碎石等物理性能
⑵使用不同等级粉煤灰和细石粉试配C30混凝土,其配合比为公司生产基准配合比,见下表4。检测混凝土坍落度和扩展度。
⑶以粉煤灰取代30%水泥按照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》外加剂水泥净浆流动检测不同等级的粉煤灰及细石粉净浆流动度实验
⑷以C30混凝土中的砂浆相同比例,检测不同粉煤灰与普通砂的砂浆扩展度法,由于混凝土中有部分水被石子吸附,所以砂浆中水灰比要比相应混凝土的水灰比低,经前期探索实验其差值可以取0.08;
⑸统计三种简易方法之间相关性以及其与混凝土流动性的相关性。
2.2 原材料
水泥:台泥P.O 42.5,标准稠度用水量25.8%,初凝时间154min,终凝时间219min。
砂:东莞中砂,细度模数2.7,含泥量0.5%,泥块含量0.5%,表观密度2630kg/m3,堆积密度1630kg/m3,紧密密度1760kg/m3。
石:博罗金业碎石,粒径5~25mm,压碎指标11.2%,含泥量0.6%,泥块含量0.4%,针片状含量4%,表观密度2610kg/m3,堆积密度1370kg/m3,紧密密度1500kg/m3,空隙率48%。
减水剂:四威聚羧酸高效减水剂,减水率26%,固含量10.4%,pH值5.45。
3 试验结果与讨论
35个粉煤灰样品的编号及主要物理性能如表1所示,净浆流动度试验配比、砂浆扩展度试验配比和C30混凝土试验配比分别如表2、表3及表4所示,试验结果如表5所示。
3.1 净浆流动度与混凝土坍落度的关系
从表5中我们可以看出24号样品的净浆流动度最小,为185mm,对应的混凝土坍落度为50mm,净浆流动度最大的是4号样品,为305mm,对应的混凝土坍落度为200mm。而从混凝土角度看,32、33、34及35号样品的坍落度都较小,相对应的净浆流动度也较小,这表明二者之间有一定的相关性,但并不绝对,如20号样品的坍落度有200mm,但相对应的净浆流动度只有265mm。从图1中我们可以看出,随净浆流动度185mm增加到305mm,混凝土坍落度大致相应地从30 mm增加到210mm,净浆流动度与混凝土坍落度的一元线性回归方程为y=1.8423x-361.56,相关系数R=0.79。另,从表5中36号(石粉)的流变性可看出,虽净浆流动度适中,但胶砂流动度、混凝土坍落扩展度都较小,与三级灰相当。
(单位:mm)
3.2 净浆流动度与混凝土扩展度的关系
同样,我们从表5中可以看出24号样品的净浆流动度最小,为185mm,对应的混凝土扩展度为205mm,为次最小。净浆流动度最大的是4号样品,为305mm,对应的混凝土扩展度为450mm。而混凝土扩展度最大的3号样品,达530mm,对应净浆流动度为295mm,次最大的为1号样品,达500mm,对应净浆扩展度为290mm,这表明净浆流动度与混凝土扩展度在净浆流动度值较大时二者的对应关系不强。而从32~35号三级灰的表现来看,净浆流动度与混凝土扩展度在值较小时相关性较强,从图2可知,净浆流动度与混凝土扩展度的一元线性回归方程为y=2.9219x-448.73,总体相关系数R=0.76。
3.3 砂浆流动度与混凝土扩展度的关系
按试验方案采用与C30混凝土中的砂浆相同比例,检测不同粉煤灰与普通砂的砂浆扩展度法时,砂浆水胶比较大导致离析,主要是由于混凝土中有部分水被石子吸附,所以导致实际水灰比较砂浆要小,因此砂浆水胶比需相应减小[5],具体配合比如表3所示。
从图3中我们可以看出砂浆流动度与混凝土扩展度的一元线性回归方程为y=0.182x+62.23,相关系数R=0.83,而净浆流动度与混凝土扩展度的相关性为0.76,固砂浆流动度与混凝土扩展度的相关性要好于净浆流动度与混凝土扩展度的相关系。
4 结论
⑴净浆流动度与混凝土扩展度的一元线性回归方程为y=2.9219x-448.73,总体相关系数R=0.76。
⑵砂浆流动度与混凝土扩展度的一元线性回归方程为y=0.182x+62.23,相关系数R=0.83。
⑶本文试验结果表明,与水泥净浆流动度法相比,胶砂流动度与混凝土的流动性相关性较好。因此,胶砂流动度应该取代水泥净浆流动度来表征粉煤灰对混凝土流动性的影响。
参考文献
[1]彭杰,徐永模,王庆法,等.砂浆与混凝土坍落扩展度方法的相关性[J].商品混凝土,2005,(03):20-24.
[2]赵庆新,佟建楠,孔才华,等.水泥净浆-砂浆-混凝土的徐变相关性[J].燕山大学学报,2014,38(1):66-71.
[3]徐永模,彭杰,赵昕南.评价减水剂性能的新方法——砂浆坍落扩展度[J].硅酸盐学报,2002,30(增刊):125-130.
[4]袁晓露.矿物掺合料与外加剂对水泥净浆、砂浆流变性能及经时损失的影响[D].重庆大学,2005.
提高水泥净浆流动度的措施 篇4
1 水泥净浆流动度偏低和波动的原因分析
1.1 原材料变化的影响
1)石灰石质量变化。通常生产中石灰石一直采用品位高的A矿和质量较差的B矿搭配使用，两个矿山石灰石化学成分见表1。
%
从2007年9月份改用石灰石、页岩、砂岩和铁粉配料方案后，熟料强度和标准稠度用水量比过去有明显的改善，水泥性能也比较稳定。2011年下半年，由于A矿石灰石资源枯竭，生产配料时，B矿石灰石用量逐渐增大，不能按以前的固定比例搭配，造成入磨石灰石质量下降而且波动很大，导致生料和熟料的化学成分波动很大。并且由于B矿石灰石中的碱含量偏高，造成熟料中碱含量增加，R2O含量平均在1.0%左右，熟料标准稠度用水量由25%增加到25.6%，熟料28d抗压强度下降，水泥净浆流动度下降而且波动很大。至2012年3月份只能单独使用B矿石灰石，4月份的一段时间最严重时石灰石R2O含量高达0.76%，导致熟料中R2O含量达到1.19%以上，熟料标准稠度用水量增加到26.8%，出磨水泥标准稠度用水量从27%增加到28.2%，出磨水泥净浆流动度下降到150mm。因当时有冬储熟料可大比例搭配生产，加之出厂时搭配水泥库内冬储的水泥，迅速扭转了被动局面，没有对用户造成太大影响。
2)页岩质量变化。通常进厂页岩要求碱含量指标R2O≤2.0%，实际在1.6%以下。2011年下半年，由于片面追求采购成本，放松了进厂页岩质量指标要求，进厂的一批页岩R2O含量高达3.1%，在生产使用时，又忽视了搭配，造成熟料碱含量增加，影响了水泥净浆流动度。
1.2 入磨熟料温度偏高
每年冬季能冬储15万吨的熟料，在春季水泥开始生产时，新烧的熟料与冬储熟料按比例搭配使用，入磨熟料温度平均在65℃以下，对水泥净浆流动度影响不大。通常到7月份时，冬储熟料就用完了，为保证水泥生产的熟料用量，窑的产量基本维持在2 900t/d以上，而篦冷机的冷却风机风量设计最大只能满足2 800t/d的能力，又赶上夏季环境温度偏高，出篦冷机的熟料温度基本在130℃左右，最高时达到150℃左右。因熟料无库存，入磨熟料温度偏高，导致出磨水泥温度高达130℃，造成部分石膏脱水，影响水泥的净浆流动度。
1.3 水泥粉磨的影响
Φ3m×11m闭路水泥粉磨系统采用组合式选粉机，其工艺流程见图1。该选粉机选粉效率较高，有利于提高系统产量。但由于其选粉用风一部分从磨内抽取，大部分采用循环风，而出磨气体温度夏季基本在110℃以上，因此循环风温度很高，对水泥的冷却不利，夏季出厂水泥温度通常在90℃以上，对水泥净浆流动度的影响很大。
2 提高水泥净浆流动度的措施
2.1 控制熟料的碱含量和C3A含量
公司加强了石灰石和页岩进厂质量控制。2012年6月份公司重新找到了质量好的石灰石矿源来搭配使用B矿石灰石，同时用碱含量偏低的页岩搭配使用已进厂的碱含量偏高的页岩，控制熟料的碱含量R2O≤0.7%，同时熟料中的C3A含量仍维持在以前的7%±0.5%，收到了较好的效果。熟料28d抗压强度提高了4MPa以上，标准稠度用水量从最高时的26.8%下降到25%，水泥净浆流动度也得到了明显改善。调整前后熟料化学成分及性能见表2。
2.2 降低出篦冷机熟料温度
2012年初，公司利用冬季检修时同步完成了对篦冷机5台高压风机的优化改造，同时加强了各冷却风室之间的密封。改造前后篦冷机冷却风机技术及运行参数见表3和表4。
改造后，出篦冷机熟料温度明显下降，经测定，即使夏季当窑产量达到2 950t/d时，出篦冷机熟料温度由过去的150℃下降到110℃，为降低水泥温度、改善水泥性能奠定了良好的基础。
2.3 改进水泥粉磨工艺流程
公司先后对4台水泥磨工艺进行了改造，其中C磨和D磨于2011年初进行改造，将组合式选粉机更换为N1500型O-Sepa选粉机，配套处理风量为80 000m3/h的大布袋除尘器，该选粉机选粉用风全部采用冷风，磨内的排风直接经磨尾袋除尘器净化后排空。改造后经过一年的运行，收到了明显效果。改造后的C磨和D磨与未改造的A磨和B磨水泥性能对比见表5。
从表5中看出，改造后的C磨和D磨的水泥净浆流动度比未改造的A磨和B磨提高了20mm，水泥温度下降了25℃，出厂水泥净浆流动度平均达到190mm以上，但磨机台时产量降低了1.5t/h。
2012年初，又对A磨和B磨工艺流程进行改造，采用1台140×80的辊压机配套2台水泥磨的联合粉磨系统，A磨系统工艺流程没变动，将B磨系统的组合式选粉机更换为N1500型O-Sepa选粉机，配套处理风量≥85 000m3/h的大布袋除尘器，该选粉机选粉用风全部采用冷风，磨内的排风直接经磨尾袋除尘器净化后排空。其工艺流程见图2。
该系统改造后于2012年4月底投用，收到了更好的效果，改造后A磨和B磨的水泥性能见表6。
3 结束语
1)通过加强对进厂石灰石和页岩的碱含量控制以及先后对篦冷机冷却风机和水泥粉磨工艺的改造，出厂水泥性能逐步得到改善，2012年扣除原料变化的几个月，水泥净浆流动度平均达到205mm以上，夏季出厂水泥温度在60～65℃之间，收到显著效果。
2)把好原材料进厂关非常重要，要把有害成分作为重要指标来检测，稳定质量源头。
水泥净浆试饼起皮的判定与分析 篇5
水泥安定性即体积安定性, 是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性, 安定性不良就是指水泥在硬化过程中产生显著而不均匀的体积变化, 安定性不合格的水泥严禁出厂和使用。倘若将安定性不良的水泥用于建筑工程会发生强度倒缩, 建筑物在经过几个月或几年以后就有损坏甚至倒塌的危险。所以, 对水泥安定性进行检验就显得至关重要。正确地判定检验结果既能保护生产厂家的利益, 又能确保建筑物的质量和安全。笔者在水泥安定性检验中, 曾出现过水泥净浆试饼起皮的现象, 本文就这一现象进行探讨。
1 试验概况
1.1 安定性试验
安定性试验按GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行。
(1) 试饼法。
水泥净浆试饼养护1 d后, 发现试饼表面有微裂纹, 裂纹均沿抹刀交叉部位, 肉眼可明显观察到, 无裂纹的部分光滑、有光泽。拆模时, 感觉试饼有一定强度。沸煮后裂纹无明显变化, 敲击试饼声音清脆, 折断后断裂面均匀。
(2) 雷氏夹法。
采用雷氏夹法成型养护1 d后表面无裂纹, 沸煮后, 测定结果为4.2 mm和4.4 mm, 平均值为4.3 mm。
1.2 强度试验
强度试验按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》进行。其3 d抗折强度为3.0 MPa, 3 d抗压强度为14.1 MPa;28 d抗折强度为5.9 MPa, 28 d抗压强度为36.1 MPa。
1.3 化学分析结果
按GB T176—1996《水泥化学分析方法》进行。MgO含量为4.83 %, SO3含量为3.11 %。
1.4 试验结论
根据GB 175—1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的规定, 判定该批水泥符合P·O 32.5水泥。
2 其他相关试验
按GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》成型胶砂试块10组, 3块为一组。自然养护, 每年试压1组, 强度结果稳中有升 (见表1) , 不存在安全隐患。
3 结果分析
一般来讲, 引起水泥浆体体积变化的原因有以下4个方面。
3.1 体积安定性
水泥的安定性不良, 是由于其中的某些成分水化缓慢并产生膨胀的缘故。在水泥的矿物组成中, f CaO和方镁石结晶过多是导致安定性不良的主要原因, 所掺石膏过量也是一个不容忽视的因素。
3.2 化学减缩
在水泥的水化过程中, 无水的熟料矿物转变为水化物, 固相体积逐渐增加, 但水泥-水体系的总体积却在不断减小。有试验表明, 每100 g水泥的减缩总量约为7～9 ml。不过随着水化作用的进行, 化学减缩虽在相应增加, 但固相体积却有较快的增长, 所以, 整个体系的总孔隙率仍能不断减少。
3.3 湿胀干缩
硬化水泥浆体的体积随含水量而变。干燥使体积收缩, 潮湿时则会发生体积膨胀, 干缩与湿胀大部分是可逆的, 在第1次干燥收缩后, 再行受湿即能部分恢复, 故干湿循环可导致反复胀缩, 但还遗留有部分不可逆收缩。
C-S-H凝胶中所含层间水的多少, 也要产生层间距离的变化, 同样也是引起湿胀干缩的一个原因。水化硫铝酸钙和水化铝酸四钙等也有类似的性质。
据统计, 在所有危害建筑物耐久性或有损外观的裂缝中, 有90 %是与超荷、冲撞、冰冻和化学侵蚀等原因有关, 而由于干缩产生的只占10 %左右。但在实践中仍须注意水泥不应磨得过细, 还要选择石膏的适宜掺量, 适当控制水灰比, 并加强养护, 以利于减少干缩。
3.4 碳化收缩
空气中通常含有0.03 %的二氧化碳, 在有水汽存在的条件下, 会与水泥浆体中所含的氢氧化钠作用, 生成碳酸钙和水, 而其他的水化产物也要与二氧化碳反应, 同时硬化浆体的体积减小, 出现不可逆的碳化收缩。
有关碳化收缩的机理目前尚未完全清楚, 可能是由于水化产物被碳化引起浆体结构的解体所致, 不过当相对湿度在25 %以下或者接近100 %, 即浆体在充分干燥或水饱和的场合, 都不易产生碳化收缩, 因此, 在一般的大气中, 实际的碳化速度很慢, 通常在一年以后才会使浆休表面产生微细裂缝, 主要影响其外观质量。
3.5 讨论
引起硬化水泥浆体体积变化的因素是多方面的, 从外观体积看, 一般服从简单的湿胀干缩规律, 如在水中养护, 几何体积会膨胀;而置于干燥的空气中时, 体积会有一定的收缩;至于固相体积, 则在硬化过程中总是不断增加。水化产物的体积比水化前的无水矿物要大得多, 但水泥-水体系的绝对体积却是不断减小, 产生化学减缩。而碳化收缩一般仅限于表面, 与空气的湿度情况有很大的关系。另一方面, 在游离氧化钙、方镁石的水化或者钙矾石的形成过程中, 固相的体积增加很多, 在数量上远远大于上述的各种体积变化, 水泥安定性不良。实质上就是所形成的固相在硬化浆体内局部发生膨胀, 即不均匀膨胀引起浆体的破坏。但如果能对上述过程进行适当控制, 所增加的固相体积恰能使浆体产生均匀的膨胀, 使水泥具有微膨胀的特性, 有利于密实度的提高, 相应地改善了抗渗、抗冻能力, 甚至可利用其作为膨胀组分, 成为配制各种膨胀水泥的基础。由此可见, 不论是收缩还是膨胀, 最重要的还是体积变化的均匀性, 剧烈而不均匀的体积变化通常是使浆体整体性变差甚至开裂破坏的一个主要因素。
4 结语
碳化收缩会使浆体表面产生微细裂缝, 影响外观质量, 但在湿度<25 %或接近100 %时, 均不易产生碳化。由于湿气养护箱中的湿度>90 %, 且只放置1 d时间, 因而所检测的水泥产品可排除碳化收缩的因素。而雷氏夹试验合格, 又排除了体积安定性不良。这种现象后来又出现过多次, 且多发生在秋季。后与厂家交流, 厂方生产工艺均无变化, 但由于秋季为水泥销售旺季, 一般无库存, 装袋即出厂, 取样时水泥的温度还比较高。很可能是由于出磨水泥温度较高, 而且养护箱内外温差较大, 试饼放入后, 水蒸气凝结成水珠滴在试饼上所致。这种微裂纹的主因应当是湿胀干缩, 但不影响水泥的使用性能。
参考文献
水泥净浆试验 篇6
关键词：解毒铬渣,水泥胶砂,抗折强度,抗压强度
1 概述
铬渣是有钙锫烧法生产红矾钠时排放的废渣, 生产1吨红矾钠大约产生约3吨的铬渣, 我国年排放铬渣约数十万吨, 积存量最多时超过500万吨[1]。另外一些使用铬元素的冶金、化工部门也有大量的含铬废渣产生。铬渣含有的六价铬 (Cr6+) 具有强氧化性和强碱性, 可引起有机体的腐蚀和破坏。由于六价铬的水溶性较强, 部分企业的铬渣没有达标存放 (防风、防雨、防渗、防洪) , 对大气、土壤和自然水体造成严重的环境污染。国内外研究人员就铬渣制备青砖、解毒后代替胶凝材料或骨料用于水泥砂浆和混凝土等方面开展了一系列的研究[2,3,4,5,6,7]。目前国内外铬渣的无害化处理与资源化利用技术有了很大的发展, 已经逐步实现了将铬渣应用于建材、炼铁等行业。
本文将磨细后得到解毒铬渣粉作为掺合料应用于水泥基混凝土中, 通过试验研究了不同掺量解毒铬渣粉对水泥基材料物理性能的影响。
2 原材料和试验
2.1 原材料
试验选用解毒铬渣为云南某化工厂干法解毒后的铬渣, 采用落水冷却方式, 解毒后存放了一年左右, 化学胶凝活性有较大降低。其中六价铬含量, 经当地环境保护部门的检测, 低于国家环境保护部部颁标准《铬渣污染治理环境保护技术规范》 (暂行) 中最严格的一档——“利用铬渣生产的水泥产品的污染控制指标限值”, 不到该标准中较稳宽松的一档“铬渣作为路基材料和混凝土骨料的污染控制指标限值”的10%, 属于普通废弃物。其化学组成如表1所示, 图1为解毒铬渣的XRD结果, 主要矿物成分如表2所示。
由组成分析结果可以看出, XRD分析中基底较高, 衍射峰不明显, 说明铬渣经高温解毒后生成大量无定形的物质, 同时含有方解石、磁铁矿以及与水泥类似的硅酸盐矿物, 具有潜在水硬性, 有用作水泥基混凝土活性矿物掺合料的可能。
试验使用的金隅PO42.5级水泥, 标准稠度27%, 28d抗折强度9.5MPa, 28d抗压强度63.8MPa。
2.2 试验方法
通过控制粉磨时间, 制备了比表面积 (300±20) m2/kg、 (450±20) m2/kg、 (600±20) m2/kg三种不同细度的解毒铬渣粉, 实测比表面积和粒度分析结果如表3所示。图2为三种不同细度解毒铬渣粉的粒径分布曲线。
将解毒铬渣粉作为矿物掺合料替代5%、10%、15%、20%的水泥用量, 研究其对胶砂强度的影响。水泥胶砂强度试验按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》, 试件养护24h后脱模在水中养护至强度龄期。
3 结果和讨论
3.1 掺入解毒铬渣粉对水泥净浆性能的影响
采用DCS-600组解毒铬渣粉替代5%、10%、20%的水泥用量, 净浆测试结果如表4所示。在本试验条件下, 解毒铬渣粉的掺入对水泥净浆的标准稠度影响较小, 且体积安定性均合格。图3是不同解毒铬渣粉掺量时净浆凝结时间结果。图3表明:掺入解毒铬渣粉后, 水泥净浆的凝结时间延长一方面是由于解毒铬渣粉的水化活性比水泥低, 另一方面解毒铬渣中较高的含硫量也可能导致水泥浆体凝结时间有所延长。
3.2 掺入解毒铬渣粉对水泥胶砂强度的影响
表5为DCS-300、DCS-450、DCS-600三种不同细度解毒铬渣粉以不同掺量替代水泥制备的胶砂3d、7d抗折和抗压强度。
图3、图4分别以基准组试件 (解毒铬渣粉掺量0%) 的28d抗折强度和28d抗压强度为100%换算的强度比。由图可以看出, 随着解毒铬渣粉掺量的增加, 胶砂28d抗折和抗压强度呈下降趋势。文献[6]采用了2cm×2cm×2cm、水灰比0.25的水泥净浆试件尺寸, 研究了铬渣对水泥强度的影响, 结果如表6所示。随着铬渣掺量的增加, 强度也逐渐减小, 其铬渣掺量为20%的3d抗压强度为不掺时的91.4%, 28d抗压强度为不掺时的80.3%, 总体来看, 铬渣的掺入对水泥早期3d强度的影响较小, 对28d强度的影响较大, 该结论与本文结果一致。
文献[8]研究了粉煤灰对水泥胶砂强度的影响。可以看出, 解毒铬渣粉作为矿物掺合料与粉煤灰相比具有更高的早期 (3d) 活性, 而后期 (28d) 对水泥胶砂强度的影响更大。
图4、图5对比了不同细度的解毒铬渣粉对水泥胶砂强度的影响。由图可以看出, 随着细度的增加, 解毒铬渣粉替代水泥后胶砂强度下降的程度减小, 且解毒铬渣粉细度对水泥胶砂的28d抗压强度的影响较抗折强度的影响更明显。在5%低掺量时, 三种细度抗压强度比均超过基准组的90%, DCS-600甚至超过了基准组;在10%掺量以上时, DCS-300组表现出更明显的降低趋势, 20%掺量时DCS-300组28d抗压强度仅为基准组的77%, 而DCS-450和DCS-600组基本相当。
4 结语
1) 本文采用的化工厂解毒铬渣具有潜在水硬性, 可磨细至比表面积300 m2/kg以上作水泥基混凝土活性矿物掺合料使用, 是解毒铬渣资源综合利用的有效途径之一;
2) 解毒铬渣粉对水泥标准稠度影响不大, 但由于其自身活性低及含硫量的影响, 其掺入可能延长水泥的凝结时间;
3) 随着解毒铬渣粉掺量的增加, 水泥胶砂强度逐渐降低;随着解毒铬渣细粉比表面积的提高, 其活性提高, 水泥胶砂强度与基准组相比降低程度减小。作为矿物掺合料, 其早期 (3d) 活性高于粉煤灰, 后期 (28d) 低于粉煤灰。
4) 鉴于解毒铬渣已经在潮湿条件下, 存储1年以上。以上对于解毒铬渣的化学胶凝活性, 均会在一定程度上有所降低。在今后解毒铬渣作为水泥基混凝土的活性掺合料时, 应尽可能追求“新鲜”。
参考文献
[1]纪柱.铬渣治理工程实用技术[M].北京:化学工业出版, 2010.11-14
[2]Park C K.Hydration and solidification of hazardous wastes containing heavy metals using modified cementitious materials[J].Cememnt and Concrete Research, 2000 (30) :429-435
[3]席耀忠.用铬渣生产水泥的几个问题[J].水泥.1988 (11) :34-37
[4]Varenyam Achal, Xiangliang Pan, and etc.Remediation of Cr (VI) from chromium slag by biocementation.Chemosphere, 2013 (93) :1352-1358
[5]蓝俊康, 王焰新.SO42-对复合水泥固化处理Cr (Ⅵ) 的影响[J].硅酸盐学报.2005 (10) :1266-1275
[6]施惠生, 阚黎黎.减水剂对铬渣-水泥硬化浆体中Cr (Ⅵ) 渗出的影响[J].建筑材料学报.2006 (12)
[7]孙国峰, 杨兴存等.铬渣对水泥砂浆性能影响的研究[J].山东建材.2001 (1) :10-11
水泥净浆试验 篇7
碳纤维作为一种新型的水泥基添加材料在上世纪七十年代就开始被研究, 它由于具有高强度、高弹性模量、超细直径比、导电和热膨胀系数小等优异的性能引起了国内外学者的研究兴趣, 于是它在混凝土中的应用也顺势而生, 碳纤维水泥基复合材料是以短切或连续的碳纤维作为填充相, 以水泥浆、砂浆或混凝土为基体, 复合而成的纤维增强水泥基复合材料[1]。这种材料由于其中掺入了碳纤维而具有了许多的功能性质—压敏性、温敏性和电磁感应等特性, 由此应用在非破损自诊断、交通监控、车辆称重、电磁屏蔽及融雪化冰等工程中。
一般认为, 在碳纤维水泥基复合材料搅拌完成后的固化龄期内, 由于水化的进行, 浆体中水分越来越少, 致使碳纤维水泥基复合材料中离子导电所占的比例越来越低, 于是所制作出的水泥基复合材料试样的电阻会变得越来越大, 导电性越来越差[2]。侯作富等[3]对于固化龄期内的电阻进行了研究, 但是在极化效应这方面的研究还比较少, 所谓的极化效应就是在测量试件电阻过程中, 电阻会不断变化, 经过一段时间后才会稳定, 称这种现象为极化效应。本文研究了电阻随龄期的变化, 并通过测试加电压后电阻的稳定性和极化时间来研究固化龄期内的电阻变化情况。
2 实验
2.1 实验材料及主要使用仪器
实验材料:分散剂采用西陇化工股份有限公司生产的羧甲基纤维素钠 (CMC) 化学纯, 减水剂为西卡聚羧酸减水剂, 固含量为20%, 水泥采用北京金隅P.O.42.5水泥 (其主要化学成分见表1) , 固体消泡剂, 导电极采用黄铜网。碳纤维为5mm PAN短切碳纤维 (山西钢科碳材料有限公司) , 碳含量≥93%, 物理性能见表2。
主要仪器:NJ-160A水泥净浆搅拌机, BEL-M254Ai分析天平, KEITHLEY吉时利2700型数据采集器, 秒表。
2.2 实验步骤及方案
本实验采用硅灰掺入量为10%, 碳纤维掺入量为0.4% (胶凝材料体积分数) , 分散剂掺入量为0.44% (胶凝材料质量分数, 下同) , 减水剂为1.5%, 消泡剂为1%, 水胶比为0.6。
(1) 在通风壁橱中, 用浓硝酸浸泡来氧化碳纤维, 每30min摇动一次溶液以代替搅拌, 在12h的时候用蒸馏水进行浸泡洗涤, 洗涤5~6次, 并进行离心, 重复操作2~3次, 取出放入烘箱中, 在105℃下烘干至恒重。
(2) 在烧杯中加入需要水量的1/2, 并加热到大约70℃, 在一边搅拌的情况下一边慢慢加入分散剂, 直至分散剂在溶液中全部溶解, 待温度降至室温时, 加入碳纤维, 并顺时针或逆时针匀速搅拌至剪力最大, 此时溶液中应该有分散剂和碳纤维。把称量好的水泥和硅灰加入到搅拌器中, 加入剩余的水, 然后加入减水剂和消泡剂, 待搅拌均匀后将碳纤维溶液加入到搅拌器中并继续搅拌。
(3) 碳纤维水泥石试块尺寸为40mm×40mm×160mm, 导电性的测试中, 采用四电极法 (如图1所示) , 四极法分两种:插入式网状电极和埋入式环状电极, 本文采用在浆体中插入网状电极的方法, 在试件内部平行插入4个电极, 中间两个为电压极, 两边的为电流极, 通过仪器测定电阻大小, 每三天测一次, 观察电阻变化情况, 待7天、14天、21天和28天时测定电阻率稳定性和极化时间。
3 实验结果及分析
3.1 固化龄期内电阻变化规律
图2为随固化龄期的增加, 电阻率的变化情况曲线。从图中可以看出, 随着固化龄期的增加, 电阻率呈现增加的趋势, 且在15天左右, 电阻率增大趋势最明显。而到了第20天左右, 电阻率开始稳定, 变化不大, 之后电阻率基本不会变化, 且此时电阻率达到了将近初始电阻的17倍左右。
出现这种现象的原因是与碳纤维水泥基复合材料导电机理分不开的, 碳纤维水泥基复合材料通过三种方式进行导电, 碳纤维的搭接原理、水泥基复合材料试块内部导电离子的移动和隧道效应, 碳纤维掺量在0.4%时属于渗滤阈值内, 所以, 碳纤维之间的相互搭接较少, 且间距较大, 所以离子的移动起很大作用, 尤其是在水化初期, 水分含量较大, 离子导电所占的比例较高, 此时导电性相应就要好很多。随着水化时间的增加, 水分含量越来越低, 离子导电所占的比例也会越来越低, 电阻率变得较高。当龄期达到21天左右的时候, 水分含量基本为零, 导电变为碳纤维之间搭接导电和隧道效应, 所以, 电阻基本停止增长, 达到稳定状态。
3.2 不同龄期加电压后电阻率稳定情况
图3为龄期达到7天、14天、21天、28天时通电情况下电阻率变化曲线。从以上四个图中可以看出同样的趋势, 随着通电时间的增加, 电阻率一直不稳定, 有增大的趋势, 且增大的速率逐渐减小, 随后到达一定时间, 电阻率不会明显增大, 而是出现上下波动情况, 一直到稳定状态。7天时, 在600s时不在明显增大, 上下开始波动, 直到1200s时才开始稳定, 此时的电阻率为420整个极化过程电阻率变化为24.1%;在14天时, 达到200s时开始上下波动, 直到840s时才开始达到稳定状态, 整个极化过程电阻率变化为1.8%;在龄期为21天时, 电阻率达到600s时, 开始上下波动, 在780s后, 电阻率基本达到稳定状态, 且电阻率变化为1.4%;同样的情况在28天的时候, 在390s时, 电阻达到稳定状态, 且电阻率变化为1.0%。
出现这种情况的原因是水泥净浆试块中存在极化效应, 由于水泥试块中有大量的自由离子, 如Ca2+、OH—等, 通电后, 它们在电场作用下正离子向电极负极移动, 负离子向电极正极移动, 与通电电场形成反向电场, 从而使电极两端电压不变的情况下, 通电电流减小, 因此随着通电时间的延长, 电阻率呈增大的趋势, 且增大的速率遇越来越小, 最后达到稳定状态。
3.3 固化龄期内极化时间的变化
图4是随固化龄期的增加, 极化时间的变化曲线。如图所示, 随着龄期的增加, 极化时间呈现减小的趋势, 由1200秒降低到了390秒。即随着龄期的增加, 加上电压后, 电阻率达到稳定状态时的时间越来越少, 稳定性越来越好。这是由于随着龄期的增加, 试件内水分越来越少, 自由离子也越来越少, 当加上电场之后, 形成反向电场, 由于离子变少, 在反向电场下移动的正负离子也变少, 所以很快使“电容器”内电场达到平衡状态。
4 结论
本文通过对碳纤维水泥净浆试块进行了不同固化龄期内电阻率、加电压后电阻率稳定情况和极化时间的测试, 得出如下结论:
(1) 随着固化龄期的增加, 电阻率呈现增加的趋势, 且电阻率的变化率越来越小, 最后趋于稳定。
(2) 通电后, 试块内出现极化效应, 且随着固化龄期的增加, 电阻稳定性越来越好, 波动程度由24.1%降低到了0.8%。
(3) 出现极化效应后, 随着固化龄期的增加, 极化时间由1200s降到390s, 呈逐渐减小的趋势。
参考文献
[1]关新春, 欧进萍, 韩宝国, 巴恒静.碳纤维机敏混凝土材料的研究与进展[J].哈尔滨建筑大学学报, 2002, 35 (6) :55-59.
[2]Li Guo zhong, Yu Yangzhen.Properties Study of Cotton Stalk Fiber/Gypsum Composite[J].Cement and Concrete Research, 2003, 33:43-46.
[3]侯作富, 李卓球, 王建军.碳纤维水泥基复合材料电阻变化规律研究[J].武汉理工大学学报.2007, 29 (7) :30-32.
[4]王玉林, 赵晓华, 朱德良, 杜建华.碳纤维水泥基复合材料压敏性的灵敏度及机理分析[J].硅酸盐学报, 2013, 32 (9) :1817-1821.
水泥净浆试验 篇8
粉煤灰是当前应用最广、用量最大的辅助胶凝材料,石灰石便于开采且廉价,两者都适于作为混凝土掺合料,可以提高混凝土的工作性能。粉煤灰和石灰石粉单掺的研究已取得大量成果,两者复掺也有一定的研究成果。 刘数华等[1-3]研究表明,石灰石粉与粉煤灰两者复掺可以改善水泥浆体的流动性,减少泌水率,强度也有一定的提高。在以前的研究中,对于流动性的评价往往只考虑浆体的流动度却忽略了粘度。在水泥净浆流变性能的检测中,由于水泥净浆流变仪价格较高,现有实验室很少具备,可以通过Marsh筒和水泥净浆坍落度筒来判断水泥净浆的流变性能,这两种方法具有简单、快捷的特点,在实验室中广泛采用。Marsh筒和水泥净浆坍落度筒一个反映的是浆体的表观稠度,表观稠度可以在一定程度上反映粘度,另一个反映的是浆体的屈服应力[4]。本实验通过Marsh筒和水泥净浆坍落度筒对以不同比例粉煤灰、石灰石粉复掺的水泥净浆体系流动性作出综合评价,通过分析粉煤灰、石灰石和水泥的粒径分布,水泥净浆流动度和Marsh时间,得出粉煤灰和石灰石粉最优配比。
1 实验
1.1 原材料
水泥,蒙西P.O42.5普通硅酸盐水泥,其性能指标见表1;水,普通自来水;泵送剂,RSD-1高效泵送剂;粉煤灰,呼和浩特市金桥热电厂Ⅱ级粉煤灰;石灰石粉,采自呼和浩特市大青山石粉厂。
1.2 实验方法与配合比
分别测试粉煤灰、石灰石粉单掺与复掺时水泥浆体的Marsh时间和净浆流动度,并对两种方法测试的结果进行比较,得出两种方法的优缺点及相关性。水胶比确定为0.25,净浆流动度法实验参考GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》,称量900g水泥浆体,取流至800g的时间为Marsh筒时间,Marsh筒与水泥净浆坍落度筒的尺寸分别见图1、图2。
2 结果与分析
2.1 水泥、粉煤灰和石灰石粉粒径分析
采用BT-2002型激光粒度分布仪对水泥、粉煤灰和石灰石粉做粒径分析,数据处理见表2,粒径分析柱状图见图3。
由图3可以看出,水泥与粉煤灰粒径平均分布在1~60μm区间内,粉煤灰粒径在1~30μm区间较为集中,而水泥颗粒在20~40μm区间较为集中,石灰石粉粒径基本在1~10μm区间内。不同比例复掺可改善水泥浆体的级配,增加浆体的密实度,改善水泥浆体的工作性能。适当的粒径分布可使细颗粒填入粗颗粒的孔隙之中,从而提高水泥浆体的原始堆积密度。当细颗粒填入粗颗粒孔隙中时,也将原来占据在孔隙中的水挤出。这部分水对水泥浆体的流动性没有贡献[5，6],这意味着适当的粒径分布可以提高水泥浆体的流动性能。
2.2 粉煤灰与石灰石粉单掺对浆体性能的影响
固定水灰比(0.25)和外加剂掺量(胶凝材料0.2%),掺合料分别等质量取代水泥10%、20%、30%,其配合比和实验结果见表3,单掺时不同掺量的粉煤灰、石灰石粉净浆流动度和Marsh时间见图4、图5。
固定水胶比和减水剂掺量,从10% 到30%逐渐增加粉煤灰掺量。从图4、图5中可以看出,随着粉煤灰掺量增加,在保持外加剂不变的情况下,与基准相比较,净浆流动度有个先增加再减小的过程。净浆流动性数据表明:粉煤灰掺量为10%时,对浆体流动性改善作用不太明显。随着粉煤灰掺量增加,当其掺量为20%时,流动度增加非常明显,相比于基准组,流动度提高52%,Marsh时间缩短10%,当其增加为30%时,流动度则呈下降趋势,相比于基准组提高42%。这主要是由于粉煤灰的形态效应,即粉煤灰是由大小不等的球状玻璃体组成,其表面光滑致密,在混凝土拌合物中起润滑作用,同时粉煤灰颗粒粒径比水泥粒径小,粉煤灰微细粒子均匀分布在水泥中阻止了水泥粘聚,使滞留于水泥颗粒之间的部分拌合水释放出来[7],从而增加了水泥净浆流动度。由表3可以看出,随着粉煤灰掺量增加到30%时,水泥浆体的容重逐渐下降,浆体所能提供的破坏剪切应力降低,粉煤灰粒径略细于水泥粒径,掺加过多的粉煤灰会使集料间的水泥浆膜的润滑作用下降,从而提高体系内摩擦力,这使得粉煤灰掺量由20%增加到30%时浆体的表观粘度提高,流动度减小。由图4、图5可以看出,随着粉煤灰掺量的增加,水泥净浆流动度与Marsh时间呈现一定的负相关性。
石灰石粉掺量由10%增加到30%时水泥净浆流动度逐渐增加,呈线性增长,而Marsh时间也在逐渐延长,水泥体系的颗粒级配得到了改善,水泥水化时石灰石粉起到微晶核效应,并为水泥水化产物C-S-H提供了大量的成核基体,降低了成核位垒,使水泥水化进程加快,使水泥浆体更加密实[8]。这说明随着石灰石粉掺量的增加,浆体的剪切应力逐渐增大,表观稠度逐渐增加,其在新拌混凝土中起到相当于滚珠作用,是增加浆体流动度的主要原因。由表3可以看出,随着石灰石粉掺量增加到30%时,水泥浆体的容重逐渐增加,浆体所能提供的破坏剪切应力提高。石灰石粉作为掺合料,一方面其粒径远远小于水泥颗粒粒径,在水泥浆体中的填充作用非常明显,置换出水化胶凝体系中的水,增加浆体的流动性,另一方面石灰石粉的堆积密度大于水泥的堆积密度,在发挥填充作用的同时,也增加了固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间以及液体分子之间的内摩擦,所以在提高流动度的同时,也增加了体系的表观粘度。
2.3 粉煤灰与石灰石粉复掺对浆体性能的影响
粉煤灰和石灰石粉按不同比例掺加时水泥的净浆流动度及Marsh时间见表4,A组掺量为胶凝材料的20%,B组掺量为胶凝材料的30%。
图6、图7分别为复合掺量为胶凝材料的20%、30%时,掺入不同比例粉煤灰与石灰石粉的水泥的净浆流动度和Marsh时间,由1组到5组,粉煤灰比例逐渐降低,石灰石粉比例逐渐增加。由图6、图7可以看出,对于A组材料,随着石灰石粉的掺量由0%逐渐增加到20%,流动度呈现W型折线,Marsh时间与流动度呈负相关性,与单掺粉煤灰类似。这说明两者在不同比例时,对浆体流动性能发挥着不同的作用。第2组数据结合单掺粉煤灰的结果说明粉煤灰掺量从20%降低时,其滚珠效应作用降低,使得浆体流动度下降,Marsh时间延长,而掺加5%的石灰石粉,由于掺量较小,其置换水化胶凝体系中水的微集料效应不明显,但一定程度上增加了体系的黏聚度,所以使得浆体流动度呈下降趋势,Marsh时间延长,表观稠度增大。随着石灰石粉掺量的增加浆体流动度呈明显的增加趋势,说明此时(第3组)粉煤灰的滚珠效应和石灰石粉的微集料效应充分发挥作用,使得浆体具有良好的流动性,且在提高流动性的同时,降低了浆体的表观稠度。粉煤灰掺量为5%、石灰石粉掺量为15%时(第4组),浆体流动度降低,屈服剪应力减小,表观稠度增加。两者复掺流动度增加是由于石灰石粉与粉煤灰都对胶砂流动度有利,两者复掺出现了一定的“叠加效应”。
B组掺合料掺量为胶凝材料的30%,由图6可以看出,B组流动度变化趋势与A组相同,但变化程度要小得多。由图7可以看出,当石灰石粉掺量为10%时,表观稠度下降幅度较大,浆体流动度降低幅度较小,说明这种比例的掺量充分发挥了石灰石粉的微集料效应,而且对浆体内摩擦力影响较小。随着石灰石粉的增加表观稠度逐渐增加,说明此时(第3组)石灰石粉对浆体内摩擦力影响逐渐增大,粉煤灰掺量为15%,浆体流动度继续增加,说明这种比例的掺量有利于提高浆体的工作性能。
3 结论
(1)掺合料粒径分布对水泥浆体工作性影响较大,合理的颗粒级配可以有效地改善水泥浆体的工作性。
(2)掺入粉煤灰可以改善混凝土和易性,粉煤灰粒径略细于水泥粒径、单掺粉煤灰掺量为20%时,流动性能最好,当掺量继续增加时,流动性能逐渐降低,净浆流动度与Marsh时间呈负相关性。
(3)单掺石灰石粉可以提高水泥浆体流动性,流动性能线性增长,Marsh时间先缩短再延长,综合考虑剪切应力和表观稠度,单掺石灰石粉30%时,浆体工作性能最好。
(4)掺合料掺量在20%时,浆体流动度和Marsh时间变化非常明显,粉煤灰和石灰石粉的掺量都为10%时浆体流动性能最好,水泥净浆流动度与Marsh时间呈负相关性。
(5)掺合料掺量在30%时,浆体的流动度和Marsh时间在石灰石粉掺量10%时明显降低,在粉煤灰和石灰石粉掺量都为15%时浆体工作性能最好。
(6)通过检测水泥净浆流动度和Marsh时间,可以综合评价水泥净浆的工作性,也可用来判别外加剂与水泥适应性,具有简单、方便的优点。
摘要：通过检测水泥净浆流动度和Marsh时间,研究了不同掺量粉煤灰与石灰石粉对水泥浆体的工作性能的影响。结果表明,粉煤灰单掺掺量为20%的水泥浆体工作性能最优,单掺石灰石粉的水泥浆体随着掺量增加流动度呈线性增长;复掺掺量分别为20%、30%,粉煤灰和石灰石粉等量时,水泥浆体工作性能最好;通过对水泥、粉煤灰和石灰石粉的粒径分析,从微观角度分析了不同级配的水泥浆体的工作性能。