水泥净浆（通用7篇）
水泥净浆 篇1
水泥基材料浇筑后产生收缩变形和热变形,是其早龄期开裂的主要原因。高性能混凝土(HPC)用量随工程需要日益加大,其配合比中水泥用量、掺合料及外加剂用量不断加大,加剧了其早期开裂风险。对热变形而言,其大小取决于温度变化IT和热膨胀系数α。温度变化IT与混凝土的水化热、边界条件等相关,热膨胀系数α经试验[1]研究发现并非定值,呈现出初凝后先降低后升高的变化规律,是受多因素综合影响且早龄期变化剧烈的热学参数之一。为从细观角度研究水泥基材料早期及成熟期热变形的变化机理,不同研究者提出其假设和解释,试图符合在试验过程中所观察到的试验现象。在水泥基材料中,粗骨料和细骨料的热学和力学性质较为稳定,因此掺加了外加剂和掺和料的胶凝材料搅拌后的混合物是研究水泥基材料热变形机理的基础和主要对象。掌握胶凝材料混合物在硬化过程中热变形的发生机理,并考虑粗、细骨料热膨胀性能和粗、细骨料与胶凝材料浆体之间相互作用、水汽流通的机理,才能够解决水泥砂浆与混凝土热膨胀机理的问题,胶凝材料混合料主要研究对象是水泥与水的混合物即水泥净浆。
1 含水率对水泥净浆热变形的影响机理
目前,普遍认为水泥净浆的热膨胀系数取决于浆体龄期、含水率和水灰比,研究较多的是含水率对成熟水泥净浆的影响机理[2,3,4],而龄期对其影响的机理研究较少[5]。Bazant[2]在上世纪70年代认为水泥基材料的热变形由3部分组成:1纯热膨胀,由组成材料的热膨胀产生;2热缩或热胀,由固体颗粒周围附着的可扩散水层不同的潜热(熵)引起;3湿热膨胀,在给定含水率的情况下,由随温度变化的相对蒸汽压引起,即当含水率不变时,温度改变引起的内部相对湿度变化引起的膨胀。
从上世纪中叶至今,有学者[6,7]认为水泥净浆的热变形是由以下两部分组成:1第一部分是在没有湿热变化下测得的热膨胀系数αsolid,是由于分子的热运动所产生的(与其他材料一样),不受浆体含水率的影响,其大小可认为是完全干燥或完全饱和状态下水泥净浆的热膨胀系数;2第二部分是受到含水率等因素影响的附加热膨胀系数或湿热膨胀系数αhygro,这是水泥净浆热膨胀系数变化的主要原因,图1显示的是毛细孔饱和度(DCS)对水泥基材料热膨胀系数的影响[4],其中重要的现象是当DCS从饱和状态减小时,热膨胀系数显著增长,此处毛细孔饱和度(DCS)与浆体内相对湿度(RH%)密切相关。
对于第一部分热膨胀系数αsolid而言,是由纯粹的分子热运动造成的,其产生机理不存在异议;而对于第二部分热膨胀系数αhygro,不同研究者对其发生机理有着不同解释。
Meyers[8]对附加膨胀系数的解释是在给定含水率时,温度的升高引起毛细水表面张力减小,所以毛细水从毛细孔迁移出来,进入到胶凝孔以后被吸收而产生湿胀,湿胀和热胀的共同作用使得饱和试件的热膨胀系数明显大于完全饱和或完全干燥的试件。
Powers等[9]把附加热膨胀系数解释为温度的升高引起浆体中毛细水的膨胀,因为水的热膨胀系数远大于水泥浆体,水和水泥浆体不能同步变形,毛细水的表面曲率必然减小,从而导致毛细管张力的减小。水的表面张力本身也与温度有关,温度升高,表面张力降低。因此,在温度升高时,毛细管张力会降低,给“纯热膨胀”增加了附加的膨胀;温度降低时,效果则相反。由此可解释在干燥和完全饱和状态下热膨胀系数小于半饱和状态,因为在这两种状态下,水泥净浆的内部无毛细管效应。
2 水泥净浆热变形中的“滞后变形”
水泥净浆的“滞后变形”,与水泥基材料浇筑后因水化热过高引起的钙矾石滞后膨胀[10,11]有着本质的区别。Gabriel[12]对“滞后变形”的解释为:由于水的热膨胀系数(210x10-6℃)超过水泥净浆一个量级,在温度升高后,水产生的膨胀大于浆体产生的膨胀,两者变形不协调,水泥浆体抑制了水的膨胀,而水则支撑了水泥浆体,使得其膨胀更大,但浆体有孔隙,膨胀的水可以慢慢迁移到浆体的低压力的大孔隙内,这种支撑作用逐渐减弱,浆体逐渐恢复自身的膨胀,这种温度升高产生的孔隙水的膨胀压力与试件的附加膨胀变形随时间发展而减小,从而导致了滞后变形的产生。
在文献[4]中讨论了Powers[9]和Helmuth[13]解释饱和的水泥净浆试件产生“滞后变形”的机理,Powers和Helmuth认为仅用温度变化时胶凝孔与毛细孔之间水的迁移重分布就可解释“滞后变形”的产生,忽略了水的高膨胀系数的作用,而这与HUA AI等[14]发现的水泥净浆试件“有较强尺寸效应”的结论相违背,因为凝胶孔与毛细孔之间水的迁移重分布是在试件内部进行的,与试件尺寸关系不大,所以用凝胶-毛细孔理论来解释“滞后变形”显得牵强。
3 龄期对水泥净浆热变形的影响机理
水泥净浆的龄期是水泥净浆热膨胀系数变化的又一重要因素,但研究很少,仅限于少量定性的宏观描述。在文献[15]中指出,水泥基材料的热膨胀系数在其从流态转变为固态的时间过程中会不断减小,并在终凝前后达到最小值,终凝后其热膨胀系数会缓慢回升。这种现象的宏观机理在于:在终凝前水泥基材料存在大量的自由水,且自由水相互连通作为整体存在;而终凝后基体的骨架基本形成,自由水的整体性遭到破坏,自由水受到密闭而成为无数微小水粒,而后水泥基材料的热膨胀系数的增加是因其内部自由水不断被消耗,内部不断被干燥,从而开始受到含水率对热膨胀系数的影响。Neville[16]认为,随着龄期增长,水泥净浆的膨胀会降低,因为在水泥净浆中胶凝物质会随着龄期而增加,闭合了净浆中的毛细孔,并举例说明蒸汽养护的水泥净浆不受相对湿度的影响因为水泥浆体中只有少数凝胶孔在蒸汽养护条件下存在。
有关龄期对水泥基材料热膨胀系数的影响机理还处于定性分析阶段,是因为水泥净浆在不同龄期时的热膨胀是变化的,而这些变化的机理至今尚未真正解释清楚,而龄期的影响是基于这些基本机理清楚的基础之上的。
4 结语
有关水泥基材料热膨胀系数机理研究尚未成熟,对于研究较多的成熟水泥基材料热膨胀系数机理而言,用凝胶-毛细孔机理以及吉布斯化学能机理[4]解释含水率固定情况下热膨胀系数的变化,用相对湿度机理解释含水率变化时热膨胀系数的变化,用水的高膨胀机理和浆体多孔性解释“滞后变形”的发生,都还存在诸多问题,尚未得到公认。造成多年来在机理上无法突破的原因,固然有水泥基材料的复杂性,更重要的是严重缺乏与机理研究相关的试验数据支持,或是没有足够的试验数据对相关机理理论进行验证或者反证,如孔隙水压力的测量。
因此,在水泥基材料热变形机理方面继续研究十分必要,特别是在发生机理的验证性试验研究方面,如孔隙水压力[17]和内部相对湿度[18]的测量,相对湿度的测量在研究自收缩方面研究[19]较多,而在热变形方面较少,结合试验数据才能在发生机理方面进行深层次的研究。
提高水泥净浆流动度的措施 篇2
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。
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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 篇3
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
水泥净浆 篇4
关键词：磷酸镁水泥,沸石,早期收缩,水化热,水化产物
兼有水泥和陶瓷材料双重特性的磷酸镁水泥(MPC)是一种新型胶凝材料[1],具有凝结硬化快、早期强度高、抗渗性好、孔隙率低以及抗冻性好等优势[2,3,4],不仅作为修补材料用于抢修抢建军事工程和民用建筑,还可作为固化材料用于固化Sr、Cs等放射性元素以及Cu2+、Pb2+等重金属离子[5,6,7],而且其固化效果较好。赖振宇等[8]研究了磷酸镁水泥固化模拟放射性焚烧灰,结果表明,Sr2+的42 d浸出率和累积浸出值分别为1.1×10-4cm/d和0.07 cm,Cs+的42 d浸出率和累积浸出值分别为2.6×10-4cm/d和0.20 cm,远低于GB 14569.1—2011《低、中水平放射性废物固化体性能要求》的最高限值。
沸石是一类以硅氧四面体和铝氧四面体为基本单位构成的架状结构的硅铝酸盐矿物[9],具有阳离子交换性、高比表面积和特殊的孔腔结构等特性,广泛应用于重金属离子的吸附和放射性废物的水泥固化,能够提高水泥混凝土的抗渗性和耐久性等[10,11],目前还未见关于沸石在磷酸镁水泥固化材料体系中的相关研究,本文采用沸石等量取代磷酸镁水泥,研究了其对磷酸镁水泥凝结时间、流动度、强度、早期收缩和水化热的影响,并对水化产物和微观结构进行分析,为以后沸石用于磷酸镁水泥固化核素提供理论依据。
1 试验
1.1 试验材料
重烧氧化镁(Mg O):大连星镁矿业有限公司生产,化学成分和粒度分布分别如表1、表2所示;硼砂:辽宁首钢硼铁有限责任公司生产,纯度为95%;磷酸二氢钾:四川胜丰磷化工有限责任公司生产,纯度为98%;沸石:浙江神石矿业有限公司产品,主要由斜发沸石和石英组成,化学成分和粒度分布分别如表1、表2所示;水:自来水。
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1.2 试验方法和仪器设备
流动度参照GB/T 8077—2000《水泥净浆流动度试验方法》进行测试;凝结时间使用维卡仪进行测试,由于磷酸镁水泥净浆的初、终凝时间间隔很短,试验仅测试了初凝时间,并将其作为凝结时间;抗压强度采用40 mm×40 mm×160 mm三联模成型试块,1 h后拆模并养护至1 d、3 d和7 d,使用KZY-300抗压抗折试验机进行测试;水化热使用美国TA公司的八通道微量量热仪测试;早期收缩采用改进的CABR-NES型非接触式收缩变形测定仪测试;水化产物使用日本6100型X射线衍射仪分析;微观结构采用TESCAN VEGA 3 LMH型扫描电镜(SEM)进行分析;粒度分布采用Microtrac S3500激光粒度仪测试。
2 结果与讨论
试验采用的M/P(重烧氧化镁与磷酸二氢钾的质量比)为4,硼砂掺量为氧化镁质量的8%。
2.1 沸石对磷酸镁水泥净浆流动度和凝结时间的影响
水泥的流动度和凝结时间对于施工的可操作性至关重要。试验研究了沸石对磷酸镁水泥净浆流动度和凝结时间的影响,水固比为0.15,沸石取代水泥量分别为0、5%、10%、15%,测试结果如表3所示。
由表3可见,随着沸石取代量的增加,磷酸镁水泥净浆的流动度不断减小,凝结时间逐渐缩短。与不掺沸石的磷酸镁水泥净浆相比,沸石取代量为5%、10%、15%的磷酸镁水泥净浆的流动度分别降低了12.8%、48.7%和64.1%,凝结时间分别缩短了4.0%、16.4%和31.8%。当沸石取代量达到15%时,磷酸镁水泥净浆几乎没有流动度,且凝结时间很短,其主要原因在于:一方面,沸石的比表面积较大,随着掺量的增加,导致需水量增加,从而降低了磷酸镁水泥净浆的流动度;另一方面,沸石取代了部分磷酸镁水泥净浆,使得水泥净浆的量减少,从而缩短了凝结时间。
2.2 沸石对磷酸镁水泥净浆抗压强度的影响
水固比为0.15时,沸石取代量对磷酸镁水泥净浆抗压强度的影响见表4。
从表4可以看出:(1)在沸石取代量相同的情况下,磷酸镁水泥净浆的抗压强度随着龄期的延长而提高,沸石取代量为0、5%、10%、15%的磷酸镁水泥净浆7 d抗压强度比1 d抗压强度分别提高了15.6%、16.3%、13.0%、20.5%;(2)在相同龄期内,磷酸镁水泥净浆的强度随着沸石取代量的增加而减少。产生上述现象的原因在于:(1)沸石替代了部分磷酸镁水泥,使得水泥浆体中磷酸镁水泥净浆的量变少,从而导致生成的水化产物减少;(2)沸石颗粒较细,自身强度不高;(3)沸石的胶凝性较弱,不能相互紧密地粘结在一起。
2.3 沸石对磷酸镁水泥净浆早期收缩的影响
由表3可知,当沸石取代量为15%时,磷酸镁水泥净浆几乎没有流动度,成型困难,故研究了沸石取代量为0、5%、10%时对磷酸镁水泥净浆早期收缩的影响,结果见图1,水固比为0.15。
由图1可见:(1)不同沸石取代量的磷酸镁水泥净浆的早期收缩都有迅速收缩阶段、微膨胀阶段和收缩缓慢发展阶段。出现迅速收缩是由于磷酸镁水泥净浆与水混合后,KH2PO4和硼砂溶于水形成酸性溶液,Mg O与酸性溶液发生水化反应,导致体积急剧减小,收缩迅速增大;产生微膨胀阶段的原因是磷酸镁水泥净浆的水化反应是一个在短时间内会释放出大量热量的酸碱中和反应,这些大量的热量使得体系的温度急剧上升,从而产生膨胀;出现收缩缓慢发展阶段的原因,一是生成的水化产物延缓了磷酸镁水泥净浆的收缩,二是未反应的Mg O颗粒在形成的磷酸镁水泥净浆石中起到了骨架作用,限制了磷酸镁水泥净浆的收缩,三是未反应的Mg O颗粒填充在水化产物之间的空隙中,降低了空隙率,使得收缩发展比较缓慢。(2)在迅速收缩阶段,掺加沸石加快了磷酸镁水泥净浆的收缩,这是由于沸石颗粒细度小,比表面积大,吸收的水分增多,当将其掺加到水泥中时,除了水泥水化产生收缩外,沸石吸收部分水分,致使水泥浆体积减小,从而加快了收缩。(3)从整体来看,掺加沸石减少了磷酸镁水泥净浆的早期收缩,与不掺沸石的磷酸镁水泥净浆相比,沸石取代量为5%和10%的磷酸镁水泥净浆的收缩率分别降低了3.8%和34.8%,其原因在于沸石取代量增加,磷酸镁水泥净浆的量减少,其水化产生的收缩减少。
2.4 沸石对磷酸镁水泥净浆水化热的影响
水化热的大小对水泥强度的发展和体积的稳定性有重要的影响,试验研究了沸石对磷酸镁水泥净浆水化热的影响,为保证水化完全,需要提供足够的水,故采用较大的水固比0.38,沸石取代量为0、5%、10%,试验结果如图2所示。
从图2可以看出:(1)不同沸石取代量的磷酸镁水泥净浆的水化都有吸热和放热2个过程,其中不掺沸石的磷酸镁水泥净浆的放热速率曲线存在1个吸热谷和2个放热峰,吸热谷源自于硼砂和磷酸二氢钾溶于水,2个放热峰分别产生于氧化镁在酸性溶液中的溶解和水化产物的生成;(2)掺加沸石后,放热速率曲线上的第2个放热峰几乎消失,这表明沸石影响了磷酸镁水泥净浆水化产物的形成;(3)掺加沸石降低了磷酸镁水泥净浆的放热速率和放热量,与不掺沸石的磷酸镁水泥净浆相比较,沸石取代量为5%的磷酸镁水泥净浆的放热峰值及放热量分别降低了3.2%和9.3%,沸石取代量为10%的磷酸镁水泥净浆的放热峰值及放热量分别降低了45.5%和12.8%。其主要原因是沸石取代了部分磷酸镁水泥净浆,掺量的增加使得磷酸镁水泥净浆的数量减少,从而降低了水化反应产生的总放热量。
2.5 水化产物和微观结构的分析
图3和图4分别为不同沸石取代量的磷酸镁水泥净浆水化7 d的XRD分析图谱和SEM照片,水固比为0.15。
由图3可知:(1)不同沸石取代量的磷酸镁水泥净浆水化7 d的水化产物主要是Mg KPO4·6H2O和未反应的氧化镁;(2)Mg O颗粒的衍射峰强度基本相同,但水化产物Mg KPO4·6H2O的衍射峰强度随沸石取代量的增加逐渐减弱,表明沸石影响了磷酸镁水泥净浆水化的过程以及水化产物Mg KPO4·6H2O的结晶程度,因而才会出现磷酸镁水泥净浆的强度随其掺量的增加而降低;(3)图谱中出现了石英(Si O2)的衍射峰,而且衍射峰的强度随着沸石取代量的增加而增强,产生上述现象的原因是水化产物中有较多的沸石,而沸石中含有一定量的石英。
从图4可以看出,不掺沸石的磷酸镁水泥净浆的水化产物尺寸较大且呈块状,相互连接较为紧密;当沸石取代量为5%时,水化产物的尺寸变小,且开始出现少量片状的细小的水化产物;当沸石取代量增加到10%和15%时,块状的水化产物减少,片状的增多,同时细小的裂纹也增多,这与XRD的分析是一致的;另外,从图4还可以得知,与不掺沸石的磷酸镁水泥净浆相比较,掺有沸石的磷酸镁水泥净浆的水化产物之间除了有过剩的氧化镁颗粒外,还有粒径更为细小的沸石颗粒,而且其数量随着掺量的增加而增加,同时由于沸石含有一定量的Si O2,所以在水化产物的XRD分析图谱中Si O2的衍射峰强度随沸石取代量的增加而增强。以上分析表明,沸石影响了磷酸镁水泥净浆的水化过程以及水化产物的结晶程度及其数量。
3 结论
(1)掺入沸石降低了磷酸镁水泥净浆的流动度和强度,缩短了其凝结时间,为满足施工要求,应将其掺量控制在10%以内。
(2)磷酸镁水泥净浆的早期收缩有迅速收缩阶段、微膨胀阶段和收缩缓慢发展阶段,掺加沸石减少了磷酸镁水泥净浆的早期收缩,与未掺沸石的磷酸镁水泥净浆相比较,沸石取代量为10%的磷酸镁水泥净浆收缩率降低了34.8%。
(3)沸石降低了磷酸镁水泥净浆的放热量和放热速率,且掺量越高,放热量和放热速率越小,与未掺沸石的磷酸镁水泥净浆相比较,沸石取代量为10%的磷酸镁水泥净浆的放热峰值及放热量分别降低了45.5%和12.8%。
(4)沸石影响了磷酸镁水泥净浆的水化过程以及水化产物的结晶程度和数量,掺有沸石的磷酸镁水泥净浆中存在沸石的重要组成成分石英。
参考文献
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水泥净浆 篇5
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
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水泥净浆 篇6
压浆剂是由适合的膨胀组分、减水组分、抗裂组分、引气和消泡组分、稳定组分、触变组分和阻锈组分等多种材料干拌而成的混合剂。它是在施工现场按一定比例与水泥、水均匀混合后, 用于后张预应力管道充填的压浆材料。压浆材料必须具有以下特征: (1) 较好的流动度; (2) 泌水率低、不离析、无沉降; (3) 适宜的凝结时间; (4) 具有一定保塑性能; (5) 凝固前应具备塑性膨胀作用, 硬化中后期微膨胀作用; (6) 具有较高抗折抗压强度。它在一次、二次张拉后即对预留孔道压力灌浆, 使预应力钢筋与梁体混凝土结合为整体。能够有效防止预应力钢材的腐蚀、保证预应力束与混凝土结构之间有效的应力传递, 使孔道内浆体饱满密实, 浆体保持一定的p H值, 完全包裹预应力钢材, 浆体硬化后有较高的强度、弹性模量和粘接力及膨胀无收缩性。因此, 孔道压浆是确保预应力结构工程质量的关键因素[1,2]。
1 原材料
(1) 压浆剂:厦门兴纳科技有限公司生产的XN-Y。
(2) 水泥为海螺牌P·O 42.5, 比表面积352m2/kg, 初凝172min, 终凝248min, 3d抗折强度5.2MPa, 3d抗压强度27.0MPa, 28d抗折强度8.5MPa, 28d抗压强度51.6MPa。
(3) 水为普通自来水。
2 试验方法
选用水胶比分别为0.28 和0.33 的净浆配合比, 按照压浆剂掺量 (外掺, 与水泥的比例) 分别为5%、10%及15%进行净浆配合比试验, 通过凝结时间、流动度、泌水率、抗压强度、抗折强度、自由膨胀率等项目的试验结果进行对比, 来确定合理水胶比及掺量。试验方法按照TB/T 3192-2008 中规定的试验方法进行。原材料配比见表1。
3 实验结果及分析
水胶比分别为0.28 和0.33, 压浆剂掺量分别为5%、10%、15%条件下的净浆配合比, 其各参数性能试验结果见表2。
从表1 中可以得出:水胶比为0.28 压浆材料的容重会比0.33 时的大。水胶比为0.28 时各参量条件下的容重相差不大, 水胶比为0.33 时也同样变化不大, 说明水泥压浆材料的容重主要与水胶比有关;水胶比越小, 容重越大。
从表2 中可以得出:
(1) 在同样的水胶比条件下, 随着压浆剂掺量的增加, 初凝和终凝时间增加, 自由膨胀率变大, 抗压强度逐渐降低, 流动度先减小后增大;这是由于压浆剂材料本身含有的减水剂成分, 压浆剂掺量增加, 水胶比固定, 参与水化反应的自由水减少, 造成凝结时间增加, 膨胀率变大, 抗压强度降低, 但同时, 压浆剂本身还含有的其它组分如膨胀组分, 会造成浆体分层, 而分层会降低流动度, 使得其流动度先减小后增大。
(2) 在同样的掺量下, 随着水胶比的增大, 初凝和终凝时间增大, 流动度减小, 抗压强度减小, 自由膨胀率增大。预应力孔道压浆料在较低水胶比下, 浆体硬化后的孔隙率降低, 孔隙尺寸和体积减小, 因此浆体硬化后早期及后期力学性能得到明显改善。
(3) 泌水率在本试验中的变化率不明显, 几乎都是0%, 而压浆剂本身对泌水率的要求就相当严格。泌水的存在会导致孔道灌浆料硬化后在灌浆孔道内产生月牙状孔隙, 从而使特殊部位的预应力筋暴露, 合理调配的孔道灌浆料完全可以达到无泌水。
(4) 过大的早期膨胀往往会造成孔道灌浆料密实性不佳, 从而降低抗渗性, 通过加入早期膨胀组分和中后期膨胀组分, 孔道灌浆料可分别获得相应的早期塑性膨胀和中后期的硬化膨胀, 从而弥补其随龄期而产生的收缩。孔道灌浆料各时期的膨胀量均应适当:早期膨胀量过大, 会降低孔道灌浆料的密实性, 不利于材料强度和抗渗性;早期膨胀量过小, 会造成灌浆孔道内某些特殊部位填充不密实;中后期膨胀量过大, 则会导致孔道内部的局部应力集中;中后期膨胀量过小, 则不足以弥补孔道灌浆料的硬化收缩从而导致开裂[3]。
从表3 的指标要求可以得出, 不同标准里各参数的技术要求不一样, JGJ/T F50-2011 里的水胶比、初凝时间、流动度、3h泌水率、7d抗压强度等的指标要求较高;GB/T25182-2010 中规定压浆剂的7d限制膨胀率在0~0.1%;TB/T3192-2008 中规定浆体的含气量为 (1~3) %。GB 50204-2015规定成型的抗压强度试件为70.7×70.7×70.7 (mm×mm×mm) 的立方体试件, 其余标准均规定为40×40×160 (mm×mm×mm) 的试件。不同材料的性能指标不一样, 在工程上的应用范围就不一样。
从实验结果得出, 本次试验的样品基本上满足TB/T3192-2008 中的技术要求, 而JGJ/TF50-2011 的技术要求相对较高, 水胶比为0.28 时流动度很难达到标准要求, 但其它性能基本满足水胶比为0.33 时的各类标准的要求。这说明, 委托单位在委托样品的时候一定要注意设计图纸上是否明确规定产品的使用部位、依据的标准, 否则, 一旦依据的标准错误, 最终的检测结果可能会不合格。同时, 对于厂家来说, 也必须根据客户的要求, 按照相关标准规定, 加强材料的研发, 生产出满足施工要求的产品。
再者, 水泥与压浆剂的适应性问题也是压浆剂性能研究的一个重要方向。水泥的矿物组成及颗粒细度对外加剂的吸附性不同造成压浆剂与水泥的适应性差别, 水泥中的铝酸盐含量与硫酸盐形态和含量是影响水泥与外加剂适应性的主要因素。当水泥中的铝酸三钙含量比较高时, 对外加剂的吸附性较强, 表现为水泥与外加剂适应性不佳, 影响流动性, 而当铝酸三钙含量较低时, 由于颗粒间吸附较弱, 无法迅速形成骨架结构, 使得水泥颗粒在较低粘度的浆体中因自重沉降作用而产生分层。因此, 研究孔道压浆剂与不同水泥之间的适应性, 并总结出一定的水泥适应性调整方法, 有利于及时针对施工用水泥进行压浆剂配方微调, 以达到良好的施工应用性能, 确保工程质量。
4 结语
后张预应力管道压浆剂对整个梁体的结构耐久性起着至关重要的作用, 加强压浆剂的质量检测是保证桥梁施工质量的重要措施。在工程实践上, 达到设计要求的压浆剂可以很好地保护预应力筋不被周围环境中的有害离子所侵蚀, 使预应力筋充分发挥作用。在进行压浆剂净浆配合比设计时, 厂家应加强研发, 不仅要控制浆体的水胶比以改善浆体的泌水现象, 还要控制压浆剂的掺量来控制浆体的自由膨胀率;不仅材料要符合标准的指标要求, 还需要控制成本经济实用, 满足施工要求。
摘要：近年来, 后张预应力孔道压浆剂在公路桥涵中的使用越来越广泛, 促进了压浆剂研究的进一步发展, 而压浆剂在各类相关标准中的指标要求略有不同, 实际应用时须根据具体的设计规范进行净浆配合比试验。实际应用时, 应根据压浆剂的种类, 确定合理的水胶比及压浆剂掺量。
关键词：压浆剂,水泥净浆,水胶比,掺量,后张预应力
参考文献
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水泥净浆 篇7
GB8075-2005《混凝土外加剂定义、分类、命名与术语》中对缓凝剂(set retarder)的定义为：延长混凝土凝结时间的外加剂。缓凝剂主要通过降低水泥的水化速度和水泥水化热，从而达到延长混凝土的凝结时间，在较长时间保持新拌混凝土塑性的目的。在夏季混凝土施工中由于天气炎热，水分蒸发快和水泥水化较快，易造成混凝土坍损较大，掺入适量缓凝剂可以提高混凝土的保坍性能，提高混凝土的施工性能;大体积混凝土施工中掺用缓凝剂可延缓水泥水化放热、延迟水化放热峰的出现时间，减少温度应力，有利于提高混凝土抗裂性[1]。
硅酸盐水泥水化过程一般分为诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期五个阶段[2]。缓凝剂的作用实质上是延长水泥水化的诱导期，主要通过延缓水泥与水的水化作用，达到缓凝目的[3]。
1 原材料与试验方法
1.1 原材料
水泥：南京江南水泥厂生产的金宁羊P·Ⅱ42.5水泥，其化学成分见表1。
混凝土减水剂：江苏某外加剂公司生产的氨基磺酸盐减水剂(推荐掺量1.5%)、萘系减水剂(推荐掺量1.8%)、聚羧酸减水剂(推荐掺量1.0%)。
缓凝剂：三聚磷酸钠(Na5P3O10)、柠檬酸钠(C6H5Na3O7)、酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·6H2)、葡萄糖酸钠(NaC6H11O7)、蔗糖(C12H22O11)。
拌合水:普通自来水。
1.2 试验方法
水泥净浆流动度和经时流动度的测定方法参照GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》规定的方法进行，水泥用量600g，用水量174g，减水剂按厂家推荐掺量掺加。
2 试验结果与分析
参照GB/T8077-2000规定的方法测试缓凝剂和减水剂复合作用下的水泥净浆的流动度和经时流动度，试验结果列于表2～表5和图1和图2中。
从上表可知，掺氨基磺酸盐减水剂和聚羧酸类减水剂的水泥净浆流动度远大于掺萘系减水剂的水泥净浆流动度。且掺氨基磺酸盐减水剂和聚羧酸减水剂的水泥净浆具有较好的经时流动度保持性，60min内流动度损失不超过30mm;而掺萘系减水剂的水泥净浆30min时，流动度损失已达50mm,60min时基本无流动性，水泥净浆流动性的保持能力较差。
新拌水泥浆体中，在液体和固体进行相对运动的时候，固-液相靠近固体一侧的固定双电层和靠近溶液一侧的扩散双电层之间有相对运动。进行相对运动的两层之间的电位差，称为ζ电位。ζ值的大小，反映了粒子间相对运动时的电性斥力的大小。掺氨基磺酸盐类外加剂的水泥浆体的ζ电位值经时变化很小，这对水泥净浆流动度的保持极为有利[4]。
氨基磺酸盐类减水剂的主体结构中引入了羟基(-OH)、磺酸基(-SO3H)、氨基(-NH2)等极性基团，它们通过水泥表面发生较强的相互作用，吸附在水泥颗粒表面。氨基磺酸盐大分子独特的分子结构和基团决定了它在水化水泥颗粒表面的吸附状态呈齿状，具有立体效果，长支链可以帮助将水泥水化颗粒阻隔在范德华力的尺度范围内，形成立体位阻效应[4]。聚羧酸减水剂的作用机理可以概括为静电斥力和空间位阻的协同作用，但其空间位阻作用及其稳定性要强于氨基磺酸盐减水剂。同时氨基磺酸盐和聚羧酸减水剂且超塑化剂分子上的-OH、-COOH、-SO3H等缓凝型的官能团可以络合Ca2+形成络合物，同时在水泥颗粒表面形成膜，阻止水泥的水化，起到缓凝作用，使水泥净浆具有较好的流动性保持能力[4,5]。
而萘系减水剂ζ电位随时间变化很大，ζ电位的绝对值随时间变化逐渐减小，且其不具有大分子支链，在被水泥颗粒吸附后呈横卧吸附状态，无法形成空间位阻效应。同时，分子中也无缓凝型官能团。因而，掺萘系减水剂的水泥净浆流动性保持能力较差。
从表3和图1可知，在不同的缓凝剂和氨基磺酸盐减水剂的复合作用下水泥净浆流动度基本上随时间的延长而呈现减小的趋势，但是掺酒石酸钾钠的水泥净浆呈现出先降低后增大的趋势，这可能是由于缓凝剂作用的发挥需要一定的时间。各组水泥净浆60min流动度都在250mm以上，其中掺葡萄糖酸钠和柠檬酸钠的水泥净浆经时流动度变化较小，60min流动度损失仅4mm。综上，氨基磺酸盐减水剂宜与柠檬酸钠和葡萄糖酸钠复配，复合外加剂对水泥有较好的分散性和流动度保持能力。
从表4可知，萘系减水剂与酒石酸钾钠复合作用下的初始水泥净浆流动度较好，大于215mm，但经时流动度损失很大。萘系减水剂与葡萄糖酸钠复合作用效果较好，初始水泥净浆流动度209mm,30min和60min流动度有不同程度的增大，60min流动度215mm。说明葡萄糖酸钠有较好的缓凝和增塑作用。
从表5和图2可知，5种缓凝剂和聚羧酸减水剂复合作用下的初始水泥净浆流动度均大于280mm,120min内各组水泥净浆流动度损失较小，均不超过10mm。120～180min内流动度损失较大，其中酒石酸钾钠组流动度损失最大，达67mm。从上述试验结果可知，缓凝剂和聚羧酸减水剂的复合效果较好，这与聚羧酸减水剂减水率高，保坍效果好，且具有一定的缓凝作用有关。5种缓凝剂与聚羧酸减水剂复合作用下都具有较高的净浆流动度和流动性保持能力，说明本身无减水作用或减水作用很微弱的低分子缓凝剂，在高分子高效减水剂的激发作用下，会表现出明显的辅助塑化效应[6]。
3 缓凝剂作用机理分析
普通缓凝剂的缓凝机理，比较常见的有下面几种假说[7]:(1)沉淀假说;(2)抑制成核假说;(3)络盐假说;(4)吸附假说。实际上缓凝剂的作用机理较为复杂，通常是以上多种缓凝剂机理综合作用的结果。
三聚磷酸钠属于复杂磷酸盐中的环状的聚偏磷酸盐玻璃体(玻璃体是指这些磷酸盐不具备简单磷酸盐的层状晶体结构，本身具有较高的化学活性)，其酸根阴离子是由3个磷氧四面体，通过氧原子而连接成的环状结构。水泥水化浆体中，三聚磷酸钠主要作用是直接与Ca2+生成稳定的络合物。水泥水化初始阶段，三聚磷酸钠阻碍了水化产物钙矾石(Aft)的形成，抑制了水化产物氢氧化钙(Ca(OH)2)的结晶成长，延缓了C3S和C3A的水化[8]。因而具有较强的缓凝作用。
羟基羧酸及其盐对硅酸盐水泥的缓凝作用主要在于它们的分子结构中含有络合物形成基(-OH,-COOH)。含羟基(-OH)的化合物在水泥水化产物的碱性介质中与游离的Ca2+生成不稳定的络合物，在水化初期控制液相中的Ca2+的浓度，产生缓凝作用;而含羧基(-COOH)的化合物也易与游离的Ca2+反应生成不溶性的钙盐，沉淀在水泥颗粒表面，达到延缓水泥水化速度的目的[9]。
葡萄糖、蔗糖对硅酸盐水泥的其缓凝作用机理在于羟基(-OH)吸附在水泥颗粒表面与水化产物表面上的O2-形成氢键，同时，其它羟基(-OH)又与水分子(H2O)通过氢键缔合，在水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜，从而抑制水泥的水化进程。该类化合物的缓凝作用与羟基(-OH)数目有关。随羟基(-OH)数目的增加，缓凝作用逐渐增强。因此，葡萄糖、蔗糖均具有较强的缓凝作用。
4 结论
⑴掺氨基磺酸盐减水剂和聚羧酸类减水剂的水泥净浆流动度远大于掺萘系减水剂的水泥净浆流动度。且掺氨基磺酸盐减水剂和聚羧酸类减水剂的水泥净浆具有较好的经时流动度保持性，60min内流动度损失不超过30mm。
⑵氨基磺酸盐减水剂和聚羧酸减水剂具有较好的保坍性能，这与其静电斥力和空间位阻效应协同作用对水泥颗粒有较好的分散性，以及分子中含有缓凝型官能团有重要关系。
⑶葡萄糖酸钠与氨基磺酸盐减水剂、萘系减水剂和聚羧酸减水剂复合作用下，水泥净浆具有较高的初始流动度和较好的流动性保持能力，说明葡萄糖酸钠的缓凝保塑效果较好，且与减水剂适应性较好。
⑷5种缓凝剂与聚羧酸减水剂复合作用下都具有较高的净浆流动度和流动性保持能力，说明在高分子减水剂的激发作用下，本身无减水或减水作用很微弱的低分子缓凝剂，会表现出辅助塑化效应。
参考文献
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