水泥與多種高效減水劑相容性的統(tǒng)計(jì)性研究

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摘要：使用日本的凈漿流動(dòng)度檢驗(yàn)方法—— T 法流動(dòng)度，對(duì)10 種高效減水劑與5 種水泥之間的相容性進(jìn)行了交叉試驗(yàn)，旨在考察水泥與高效減水劑的相容性結(jié)果是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)的規(guī)律。結(jié)果顯示，在本試驗(yàn)抽取樣品范圍內(nèi)，無(wú)論是多個(gè)高效減水劑對(duì)水泥的相容性，還是多個(gè)水泥對(duì)高效減水劑的相容性，均具有很好的一致性，即相容性較差的高效減水劑對(duì)所有水泥的相容性均相對(duì)較差；相容性較差的水泥對(duì)所有高效減水劑的相容性均相對(duì)較差。

關(guān)鍵詞：水泥；高效減水劑；相容性；交叉試驗(yàn)；T 法流動(dòng)度；評(píng)價(jià)

0 引言

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，高效減水劑在混凝土中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。水泥與高效減水劑的相容性是水泥生產(chǎn)廠家十分關(guān)注的問(wèn)題，對(duì)此已有許多研究[1～7]。以往的研究所使用的高效減水劑和水泥樣品的數(shù)量十分有限，無(wú)法判斷某種水泥對(duì)多種高效減水劑和某種高效減水劑對(duì)多種水泥的相容性。本文選取了5 個(gè)水泥樣品和10 個(gè)高效減水劑樣品，對(duì)水泥與多種高效減水劑的相容性進(jìn)行了交叉試驗(yàn)，以期得到一些令人關(guān)注的具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的結(jié)果。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

水泥：在華北、東北地區(qū)的市場(chǎng)上抽取4 個(gè)大型 預(yù)分解窯水泥廠生產(chǎn)的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥樣品，和1 個(gè)符合GB/T 8077—2000 要求的基準(zhǔn) 水泥?；瘜W(xué)成分見(jiàn)表1，物理性能見(jiàn)表2。水泥1、水泥3 為P·Ⅱ 42.5R 水泥，水泥2、水泥4 為P·O 42.5R 水泥，水泥5 為基準(zhǔn)水泥。

高效減水劑：在華北、東北地區(qū)的預(yù)拌混凝土攪拌站抽取了4 個(gè)高效減水劑樣品；中國(guó)外加劑協(xié)會(huì)提供3 個(gè)樣品；外加劑生產(chǎn)廠家提供2 個(gè)樣品；1 個(gè)日本花王公司高效減水劑( 萘系) 樣品，是日本用于進(jìn)行水泥與高效減水劑相容性試驗(yàn)的基準(zhǔn)減水劑。所用高效減水劑樣品均為液體。編號(hào)JP 為日本基準(zhǔn)高效減水劑，編號(hào)1、2、6 為聚羧酸高效減水劑，編號(hào)3、4、5、7 為萘系高效減水劑，編號(hào)8 為氨基磺酸鹽高效減水劑，編號(hào)9 為三聚氰胺高效減水劑。

1.2 試驗(yàn)方法

目前國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)高效減水劑與水泥的相容性較多采用GB/T8077—2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中規(guī)定的水泥凈漿流動(dòng)度法。但筆者的另一項(xiàng)研究表明[8]，該方法與混凝土的流變性能沒(méi)有很好的相關(guān)性。因此，本文采用了日本的T 法流動(dòng)度試驗(yàn)方法，其原理與GB/T 8077—2000 的方法相同，在日本被廣泛用于檢驗(yàn)水泥與高效減水劑的相容性。出于沿用日本方法規(guī)定的考慮，不同種類的高效減水劑摻入量沒(méi)有區(qū)別對(duì)待。該方法概述如下：

1)稱取1000.0g 水泥樣品，放入攪拌鍋中。稱取12.00g 減水劑和288.0g 水放入300ml 燒杯中，攪拌均勻。

2)將減水劑溶液一次加入水泥中，開(kāi)始計(jì)時(shí)，用攪拌勺手工攪拌2min。

3)攪拌好的水泥凈漿放入已經(jīng)置于流動(dòng)度跳桌的流動(dòng)度圓模中( 圓模為截錐形，上口Φ70mm，下口Φ100mm，高度60mm) ，用直尺刮平流動(dòng)度圓模中的水泥凈漿。

4) 2.5min 時(shí)將流動(dòng)度圓模輕輕提起，并在水泥凈漿上面停留10s。將流動(dòng)度圓模上的水泥凈漿放回?cái)嚢桢仭?/p>

5) 4min 時(shí)，以1 次/s 的速度轉(zhuǎn)動(dòng)流動(dòng)度跳桌跳動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，連續(xù)跳動(dòng)15 次。立即使用游標(biāo)卡尺測(cè)定互相垂直的2 個(gè)方向的水泥凈漿的直徑，精確到1mm。

6)計(jì)算2 次水泥凈漿直徑的平均值。此數(shù)值為初始流動(dòng)度。

7)用橡膠刮板將流動(dòng)度跳桌上的水泥凈漿全部回收到攪拌鍋內(nèi)，并用濕布苫蓋存放。

8)11min 時(shí)將水泥凈漿攪拌1min。

9) 12min 時(shí)起按照上述步驟3) ～6) 的操作方法和時(shí)間間隔，測(cè)定水泥凈漿的經(jīng)時(shí)流動(dòng)度。

10) 殘存率計(jì)算方法：

殘存率(%) =( 經(jīng)時(shí)流動(dòng)度/初始流動(dòng)度) ×100%

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

使用5 個(gè)水泥樣品，10 個(gè)高效減水劑，共進(jìn)行50 個(gè)T 法流動(dòng)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

2.1 不同水泥的凈漿初始流動(dòng)度各高效減水劑對(duì)應(yīng)不同水泥的凈漿初始流動(dòng)度

對(duì)比如圖1 所示。

表3 最下一行的平均值表明，凈漿初始流動(dòng)度平均值最大的是水泥3 和水泥4，均為370mm；其次是水泥1，為335mm；最小的是水泥2，為284mm。對(duì)比圖1 同一高效減水劑時(shí)各水泥凈漿流動(dòng)度的高低，水泥3 有4 種高效減水劑的水泥凈漿初始流動(dòng)度為最高值，有5 種高效減水劑為次高值，1 種高效減水劑為中間值；水泥4 有6 種高效減水劑的水泥凈漿初始流動(dòng)度為最高值，有3 種高效減水劑為次高值，1 種高效減水劑為中間值;水泥2 對(duì)于9 種高效減水劑的水泥凈漿初始流動(dòng)度為最低值，1 種高效減水劑為次低值。

按初始流動(dòng)度這一指標(biāo)評(píng)價(jià)，5 種水泥對(duì)于10 種高效減水劑的相容性均表現(xiàn)了很好的一致性，相容性好的水泥基本上對(duì)每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對(duì)較好的相容性，相容性差的水泥對(duì)每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對(duì)較差的相容性。對(duì)于同一種聚羧酸高效減水劑，不同水泥的相容性差別相對(duì)較小，證實(shí)了聚羧酸高效減水劑具有較廣泛的適應(yīng)性。

2.2 不同水泥的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度

各高效減水劑對(duì)應(yīng)不同水泥的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度對(duì)比如圖2 所示。

表3 最下一行的平均值表明，經(jīng)時(shí)流動(dòng)度平均值最大的是水泥4，為392mm；最小的是水泥5，為285mm。

對(duì)比圖2 同一高效減水劑各水泥凈漿流動(dòng)度的高低，水泥4 有9 種高效減水劑的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度為最高值，有1 種高效減水劑接近次高值；水泥5 有8 種高效減水劑的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度為最低值或接近最低值，有1 種高效減水劑為中間值。按經(jīng)時(shí)流動(dòng)度這一指標(biāo)評(píng)價(jià)，5 種水泥對(duì)于10 種高效減水劑的相容性均表現(xiàn)了很好的一致性，相容性好的水泥對(duì)每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對(duì)較好的相容性，相容性差的水泥基本上對(duì)每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對(duì)較差的相容性。與初始流動(dòng)度比較，不同水泥對(duì)同一高效減水劑的經(jīng)時(shí)流動(dòng)度差別較大。

2.3 不同水泥的凈漿流動(dòng)度殘存率

各高效減水劑對(duì)應(yīng)的不同水泥的凈漿流動(dòng)度殘存率對(duì)比如圖3 所示。

殘存率與混凝土的保塑性相關(guān)。殘存率≥100% 表示該水泥新拌混凝土的流變性能不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)變差，<100%則相反。與初始流動(dòng)度和經(jīng)時(shí)流動(dòng)度比較，殘存率沒(méi)有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。表3 最下一行的平均值表明，水泥1、水泥2 和水泥4 的殘存率基本接近，均>100%，水泥3 和水泥5 的殘存率接近，均<100%。水泥2 對(duì)于3 種聚羧酸高效減水劑均呈現(xiàn)了很好的保塑性，水泥4 對(duì)多數(shù)高效減水劑都呈現(xiàn)了較好的保塑性，特別是對(duì)于氨基磺酸鹽和三聚氰胺高效減水劑表現(xiàn)了很好的保塑性。

按殘存率這一指標(biāo)評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果提示水泥與高效減水劑的相容性有可能存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。2.4 不同高效減水劑的水泥凈漿初始流動(dòng)度各水泥對(duì)應(yīng)不同高效減水劑的凈漿初始流動(dòng)度如圖4 所示。

表3 初始流動(dòng)度平均值一列數(shù)據(jù)顯示，各種高效減水劑對(duì)應(yīng)的水泥凈漿的初始流動(dòng)度平均值差別顯著。初始流動(dòng)度平均值最大的是1 號(hào)高效減水劑，為443mm；其次為2 號(hào)高效減水劑，為416mm；初始流動(dòng)度平均值最小的是9 號(hào)高效減水劑，為292mm；次小值是7 號(hào)高效減水劑，為309mm。

對(duì)比圖4 同一水泥對(duì)應(yīng)不同高效減水劑的凈漿初始流動(dòng)度的高低，1 號(hào)高效減水劑有4 種水泥的凈漿初始流動(dòng)度為最高值，有1 種水泥為次高值；9 號(hào)高效減水劑有3 種水泥的凈漿初始流動(dòng)度為最低值，有2 種水泥為次低值。

按初始流動(dòng)度這一指標(biāo)評(píng)價(jià)，10 種高效減水劑對(duì)5 種水泥的相容性均表現(xiàn)了較好的一致性，相容性好的高效減水劑對(duì)每一種水泥均表現(xiàn)相對(duì)較好的相容性，相容性差的高效減水劑對(duì)每一種水泥均表現(xiàn)相對(duì)較差的相容性。

對(duì)于同一種水泥，不同高效減水劑對(duì)水泥的凈漿初始流動(dòng)度差別較大。不同高效減水劑之間質(zhì)量差別明顯，聚羧酸高效減水劑具有優(yōu)秀的減水效果得到證實(shí)。

2.5 不同高效減水劑的水泥凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度

各水泥對(duì)應(yīng)不同高效減水劑的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度如圖5 所示。

表3 經(jīng)時(shí)流動(dòng)度平均值一列數(shù)據(jù)顯示，各種高效減水劑對(duì)應(yīng)的水泥凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度平均值差別顯著。經(jīng)時(shí)流動(dòng)度平均值最大的是2 號(hào)高效減水劑，為468mm；其次為1 號(hào)高效減水劑，為419mm；最小的是9 號(hào)高效減水劑，為280mm；次小值是7 號(hào)高效減水劑，為286mm。

對(duì)比圖5 同一水泥對(duì)應(yīng)不同高效減水劑的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度的高低，2 號(hào)高效減水劑有3 種水泥的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度為最高值，有1 種水泥接近次高值；9 號(hào)高效減水劑有4 種水泥的凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)度為最低值，有1 種水泥接近次低值。

按經(jīng)時(shí)流動(dòng)度這一指標(biāo)評(píng)價(jià)，10 種高效減水劑對(duì)5 種水泥的相容性均表現(xiàn)了較好的一致性，相容性好的高效減水劑對(duì)每一種水泥均表現(xiàn)相對(duì)較好的相容性，相容性差的高效減水劑對(duì)每一種水泥均表現(xiàn)相對(duì)較差的相容性。

與初始流動(dòng)度比較，對(duì)于同一種水泥，不同高效減水劑對(duì)水泥的經(jīng)時(shí)流動(dòng)度規(guī)律性較差。對(duì)于10 種高效減水劑按初始流動(dòng)度和經(jīng)時(shí)流動(dòng)度的評(píng)價(jià)結(jié)論基本一致。

2.6 不同高效減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度殘存率

各水泥對(duì)應(yīng)不同高效減水劑的凈漿流動(dòng)度殘存率如圖6 所示。

表3 殘存率平均值一列數(shù)據(jù)顯示，殘存率平均值最高的是6 號(hào)高效減水劑，為116.8%，最低的是7 號(hào)高效減水劑，為92.8%。

對(duì)比圖6 同一水泥對(duì)應(yīng)不同高效減水劑的凈漿流動(dòng)度殘存率的高低，6 號(hào)高效減水劑有3 種水泥的殘存率為最高值，1 種水泥為次高值。其余9 種高效減水劑對(duì)5 種水泥的殘存率沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

按殘存率這一指標(biāo)評(píng)價(jià)，10 種高效減水劑對(duì)5 種水泥的相容性沒(méi)有表現(xiàn)出很好的一致性，多數(shù)高效減水劑存在對(duì)水泥相容性的個(gè)體差異，并且這一差異的數(shù)值很大。2 號(hào)、6 號(hào)聚羧酸高效減水劑表現(xiàn)了較高的殘存率，證實(shí)了聚羧酸高效減水劑具有很好的保塑性。

2.7 高相容性水泥與高相容性高效減水劑組合的初始流動(dòng)度和經(jīng)時(shí)流動(dòng)度

表3 數(shù)據(jù)表明，按初始流動(dòng)度評(píng)價(jià)的高相容性水泥是水泥3、水泥4，高相容性高效減水劑是1 號(hào)，水泥4 與1 號(hào)高效減水劑組合的初始流動(dòng)度為499mm，水泥3 與1 號(hào)高效減水劑組合的初始流動(dòng)度為459mm，分別為所有初始流動(dòng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的最高值和次高值。按經(jīng)時(shí)流動(dòng)度評(píng)價(jià)的高相容性水泥是水泥4，高相容性高效減水劑是2 號(hào)，二者組合的經(jīng)時(shí)流動(dòng)度為431mm，在所有經(jīng)時(shí)流動(dòng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)中處于較好水平。

2.8 低相容性水泥與低相容性高效減水劑組合的初始流動(dòng)度和經(jīng)時(shí)流動(dòng)度

表3 數(shù)據(jù)表明，按初始流動(dòng)度評(píng)價(jià)的低相容性水泥是水泥2，低相容性高效減水劑是9號(hào)，二者組合的初始流動(dòng)度為247mm，為所有經(jīng)時(shí)流動(dòng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的次低值。按經(jīng)時(shí)流動(dòng)度評(píng)價(jià)的低相容性水泥是水泥5，低相容性高效減水劑是9 號(hào)，二者組合的經(jīng)時(shí)流動(dòng)度為222mm，是所有經(jīng)時(shí)流動(dòng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)的最低值。

3 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的若干說(shuō)明

1) 鑒于目前使用高效減水劑最為普遍的是預(yù)拌混凝土攪拌站，而預(yù)拌混凝土攪拌站很少使用立窯廠或小廠生產(chǎn)的水泥，因此，本次試驗(yàn)的水泥樣品沒(méi)有包括立窯或小廠生產(chǎn)的水泥。本文以外的試驗(yàn)證實(shí)，立窯或小廠生產(chǎn)的水泥對(duì)高效減水劑的相容性，較大型水泥廠的水泥有明顯差距。

2) 不同種類的高效減水劑具有不同的飽和摻入量，試驗(yàn)時(shí)如果使用該類高效減水劑的飽和摻入量或接近飽和摻入量，得到的T 法流動(dòng)度數(shù)據(jù)可能會(huì)使不同種類減水劑的區(qū)別更加明顯。本文為了得到多個(gè)水泥和不同種類高效減水劑的統(tǒng)計(jì)性試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)考慮今后試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)化，采用了統(tǒng)一的高效減水劑摻入量，且小于飽和摻入量。

4 結(jié)論

1) 以初始流動(dòng)度和經(jīng)時(shí)流動(dòng)度評(píng)價(jià)，5 種水泥對(duì)于10 種高效減水劑的相容性表現(xiàn)了很好的一致性，在本試驗(yàn)抽取的樣品范圍內(nèi)，相容性好的水泥，對(duì)每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對(duì)較好的相容性；相容性差的水泥，對(duì)每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對(duì)較差的相容性。

2) 以初始流動(dòng)度和經(jīng)時(shí)流動(dòng)度評(píng)價(jià)，10 種高效減水劑對(duì)5 種水泥的相容性表現(xiàn)了很好的一致性，在本試驗(yàn)抽取的樣品范圍內(nèi)，相容性好的高效減水劑，對(duì)每一種水泥均表現(xiàn)相對(duì)較好的相容性；相容性差的高效減水劑，對(duì)每一種水泥均表現(xiàn)相對(duì)較差的相容性。

3) 以初始流動(dòng)度和經(jīng)時(shí)流動(dòng)度評(píng)價(jià)，不同水泥對(duì)于同一種高效減水劑的相容性差別較小，不同高效減水劑對(duì)于同一種水泥的相容性差別較大。高效減水劑對(duì)相容性的影響，高于大型預(yù)分解窯水泥廠水泥對(duì)相容性的影響。聚羧酸高效減水劑的減水效果明顯高于萘系、三聚氰胺和氨基磺酸鹽類高效減水劑。

4) 以殘存率評(píng)價(jià)，沒(méi)有得到相容性方面具有規(guī)律性的結(jié)論,并且提示，在保塑性方面有可能存在水泥與高效減水劑一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

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