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助磨剂对自制 42. 5 水泥胶砂性能的影响

添加时间:2017-10-17 10:21  所属栏目:工程师论文 来源:未知 作者:admin
  摘 要: 本文针对当今水泥出现的早期水化速率加快和化学收缩增加等问题.利用研制的水泥助磨剂应用于 42. 5 水泥.结果表明,与市场水泥对比,水泥助磨剂可以降低水泥的早期放热速率,优化水泥的粒度分布,其收缩率降低 42. 1% ,磨损量降低 27. 4% .
 
  关键词: 水化热 收缩 耐磨

       随着建筑行业和水泥行业的发展,施工单位越来越重视混凝土的早期强度; 混凝土早期强度提高的结果是水泥早期强度的提高,水泥企业为了满足业主、施工方需求,通过降低水泥细度、增加熟料中 C3 S 和C3A 的含量来提高水泥的早期强度.以至于当今水泥的特点呈现出:①早期水化热增加; ②早期化学减缩增加; ③水泥在未来数年以及更长时间强度的增长能力减弱甚至消失; ④水泥开裂敏感性增加[1],影响混凝土的耐久性和建筑物的使用寿命.
 
  水泥助磨剂可以激发水泥中熟料和矿物掺合料的活性、增加水泥中矿物掺合料的掺量、优化水泥的颗粒级配,降低水泥早期水化速率、减少水泥混凝土的收缩,不仅提高水泥产业的效益,节约能源,保护环境[2],还可以提高水泥混凝土的耐久性能和使用寿命.
 
  因此本试验的主要目的是将研制的水泥助磨剂应用于 42. 5 水泥中,并将自制水泥与市场上使用的相同等级某品牌水泥( 以下简称市场水泥) 进行对比,达到改善水泥的水化热、颗粒级配、收缩、耐磨等性能,为今后水泥产业的发展方向提供理论依据.
 
  1 试验
 
  1. 1 试验材料
 
  本试验熟料选用内蒙古乌海千峰熟料,石膏为天然石膏,选用的矿渣粉 28d 活性指数为 76. 0% ,熟料、石膏和矿渣粉的化学成分见表 1,自制水泥与市场水泥的物理性能如表 2.
 
 
  1. 2 试验方法
 
  ( 1) 粉磨方法.将熟料: 石膏: 矿渣粉 = 70∶ 5∶ 25 的水泥配比与 GL- 1 型液体助磨剂( 掺量为 0. 1% ,按混合料质量) 一起加入到 Φ500 ×500 的全国水泥厂统一试验标准小磨机中共同粉磨,每次粉磨 5kg,粉磨时间为 25min,出磨时间为 5min.
 
  ( 2) 性能测试方法: ①水泥细度测定依据( GB /T1345 - 2005) 《水泥细度检验方法筛析法》,比表面积测定依据( GB /T8074 - 2008) 《水泥比表面积测定方法( 勃氏法) 》,水泥胶砂强度依据( GB /T17671 - 1999)《水泥胶砂强度检验方法( ISO 法) 》,水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性的测定依据( GB /T1346 - 2011) 《水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性检验方法》; ②水泥水化热试验依据( GB /T12959 - 2008)《水泥水化热测定方法》,水泥胶砂干缩试验依据( JC /T603 - 2004) 《水泥胶砂干缩试验方法》,水泥胶砂耐磨性能试验依据( JC /T421 - 2004)《水泥胶砂耐磨性试验方法》,水泥颗粒粒度分布采用 BT - 2001 型激光粒度分析仪( 干法) .
 
  2 结果与讨论
 
  2. 1 助磨剂对水泥水化热的影响
 
  图 1 和图 2 为自制水泥与市场水泥 1 - 14d 的水化热温度曲线,图3 和图 4 为自制水泥与市场水泥 1 - 14d 水化热放热速率曲线.
 
 
  由图 1 和图 2 可知,当市场水泥和自制水泥水化时间分别进行到600min 和 700min 时,两种水泥的水化热温度达到峰值; 水泥水化时间在 250min 到 1500min 时,市场水泥的水化温度高于自制水泥的水化温度,水泥水化初期( < 250min) 和水化时间超过 1500min 时,自制水泥的水化温度高于市场水泥的温度.
 
  由图 3 和图 4 可知,两种水泥水化进行到 400min 左右时,水泥水化放热速率达到最大; 水泥水化时间在 180min 到 500min 时,市场水泥的水化放热速率高于自制水泥的放热速率,水泥水化初期( < 180min)和水泥水化时间超过 500min 时,自制水泥的水化放热速率高于市场水泥的放热速率.
 
  如上所述,自制水泥早期水化热温度和放热速率明显低于市场水泥,但随着水泥水化的进行,后期的水化温度和放热速率逐渐高于市场水泥; 而且自制水泥水化温度峰值和放热速率加快的时间明显比市场水泥稍长.通过掺加水泥助磨剂提高水泥中矿渣粉的掺量,降低水泥的早期水化速率,延缓放热峰值的时间,并且矿渣粉中粒径较小调整了水泥的颗粒级配,降低水泥的孔隙; 矿渣粉掺量的增加降低水泥的放热速率,且矿渣粉的二次水化为水泥的水化持续放热.
 
  2. 2 助磨剂对水泥颗粒粒度分布的影响
 
  图 5 和图 6 分别为自制水泥与市场水泥的水泥颗粒分布图,图 7为自制水泥与市场水泥的粒度分布曲线.
 
  如图 5、6 和 7 所示,自制水泥与市场水泥相比,< 1μm 粒径范围提高 14. 2% 、1 - 3μm 粒 径 范 围 提 高 12. 1% 、3 - 32μm 粒 径 范 围 提 高4. 3% 、32 - 45μm 粒径范围降低 32. 6% 、45μm - 100μm 降低 64. 8% .
 
  水泥胶砂强度和混凝土强度及耐久性都与其结构密实性和均匀性有关系,影响砂浆结构密实性的主要因素是水泥胶砂的用水量和流动性.当水泥与水拌和后,水首先要填充水泥颗粒之间的空隙,并将颗粒润湿包围在其表面形成一层水膜,使水泥颗粒之间容易产生相对滑动,使水泥砂浆及混凝土有足够的流动性,如图 8 为填充于水泥颗粒之间三角空隙区内的水及包围于水泥颗粒表面层的水膜,若假设水泥颗粒为圆球形,不考虑表面不光滑和早期水化反应,根据标准稠度用水量和勃氏比表面积计算得出颗粒表面的水膜厚度平均为 0. 22μm[3],一般水泥颗粒越大为了获得足够流动性所需的水膜厚度也会越大,水泥颗粒粒度分布越窄,均匀性系数 n 值越大所需水膜的厚度越大,水泥的用水量也就会相应增加.因此优化水泥颗粒粒度分布,增加细颗粒含量,实现最佳堆积密度,可以最大限度地减小颗粒之间的三角空隙区,降低水膜厚度,达到降低水泥用水量,提高水泥胶砂流动性,提高水泥胶砂、混凝土强度和密实性的目的.
 
  2. 3 助磨剂对水泥胶砂抗压强度的影响
 
  图 9 为自制水泥与市场水泥两种水泥胶砂的 3d、28d、56d、90d、180d 和 360d 等龄期的抗压强度曲线.
 
 
  如图 9 所示,自制水泥各龄期的抗压强度高于市场水泥的抗压强度,3d、28d、56d、90d、180d、360d 分 别 提 高 22. 9% 、18. 7% 、23. 8% 、24. 2% 、26. 0% 、29. 8% .
 
  究其原因,自制水泥通过掺加水泥助磨剂,提高了 < 3μm 和 3μm -32μm 水泥颗粒的含量,减少了 > 45μm 的水泥颗粒含量; 过细微粉增加降低了水泥胶砂的孔隙率,优化了水泥颗粒级配,提高了水泥的强度.水泥助磨剂具有助磨、激发和增强的效果,既可以调整水泥的颗粒级配,又可以激发水泥熟料和矿渣粉的活性.在水泥助磨剂的激发效应下矿渣粉能够生成 C - S - H 凝胶和 C - A - H 凝胶,矿渣粉参与水化不仅增加 C - S - H 凝胶的含量而且消耗对强度不利的氢氧化钙( CH)晶体,CH 晶体的减少进一步促进了 C3 S 和 C2 S 的水化,形成有利于水泥强度和矿渣粉水化的良性循环,使水泥持续的进行水化; 而市场水泥早期水化速率快,后期水化缓慢,矿物掺合料的二次水化没有起作用,且水泥颗粒分布不均,大颗粒含量过多,影响水泥的整体水化.因此自制水泥各龄期的抗压强度高于市场水泥.
 
  2. 4 助磨剂对水泥胶砂干缩性能的影响
 
  水泥胶砂体积的变化涉及到混凝土裂缝的产生和扩展、水泥砂浆和混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能、碱 - 集料反应、膨胀和自应力混凝土的变化和应用问题[4],因此测定水泥胶砂在一定条件下的体积变化是十分必要的.本试验以不同品种的水泥和养护方式对两种水泥胶砂的收缩性能进行研究.试验结果如表 3 和图 10 所示.
 
 
  表 3 和图 10 中可以看出,28d 之前两种水泥都有不同程度的膨胀,自制水泥的膨胀率大于市场水泥的膨胀率; 28d 之后两种水泥开始收缩,市场水泥的收缩率大于自制水泥的收缩率,自制水泥的收缩率降低42. 1% .
 
  在一定温度下,在水泥胶砂所处的空气湿度较低时,水泥胶砂内的水分将逐步蒸发至与外界的空气的蒸汽压力平衡的状态,从而引起水泥胶砂及混凝土的收缩过程.在水泥早期收缩阶段由于试件放置于水中,没有因自由水、毛细孔水和凝胶水的蒸发而发生收缩现象,且由于水泥的水化产生的凝胶孔隙由水补足而出现短时间的膨胀; 随着水化的进行水化产物的不断增多,引起的收缩更加明显,自由水无法进入到胶砂内部而开始收缩; 当水泥胶砂试件放置于空气中养护时,由于自由水、毛细孔水和凝胶水的不断蒸发,水泥胶砂的收缩率越来越大.
 
  自制水泥中掺加矿物掺合料改变了水泥的水化速率,并且矿物掺合料比表面积大、粒径小可以提高水泥胶砂的密实度,起到微集料的作用,从而提高了水泥胶砂的抗渗性和干缩性能.
 
  2. 5 助磨剂对水泥胶砂耐磨性能的影响
 
  依据《水泥胶砂耐磨性试验方法》( JC /T421 - 2004) ,对两种水泥的耐磨性能进行对比,水泥胶砂磨损数据如表 4 所示.
 

 
  由表 4 所示,自制水泥的磨损量少于市场水泥的磨损量,能够降低27. 4% 的磨损量.由于自制水泥颗粒级配合理、水泥胶砂密实度高、水化产物多并且水化产物相互连接紧密,能够很好的将砂子与水泥进行粘结硬化,提高了砂石之间、水泥之间和水泥与砂石之间的粘结强度,提高耐磨性能.
 
  3 结论
 
  ( 1) 自制水泥与市场水泥相比,< 1μm 粒径范围提高 14. 2% 、1 - 3μm 粒径范围提高 12. 1% 、3 - 32μm 粒径范围提高 4. 3% 、32 - 45μm 粒径范围降低 32. 6% 、45μm - 100μm 降低64. 8% .
  ( 2) 自制水泥的早期水化热大大降低,后期水化热提高,改善了因水泥水化热过快引起的混凝土开裂等问题,并且随着龄期的增长水泥强度得到不断的增加,提高了水泥的后期强度.
  ( 3) 28d 之前两种水泥都有不同程度的膨胀,自制水泥的膨胀率大于市场水泥的膨胀率; 28d 之后两种水泥开始收缩,市场水泥的收缩率大于自制水泥的收缩率,自制水泥的收缩率降低 42. 1% .
  ( 4) 自制水泥的磨损量少于市场水泥的磨损量,能够降低水泥胶砂的磨损量 27. 4% .
 
  参考文献
 
  [1]张大康. 对半个世纪水泥质量发展道路的反思( Ⅲ) 水泥质量发展方向的修正[J]. 水泥. 2015( 7) : 1 - 6.
  [2]王其凤. 浅析水泥助磨剂的作用[J]. 西藏科技,2009( 3) : 71.
  [3]乔龄山. 水泥的最佳颗粒分布及其评价方法[J]. 水泥,2001( 8) : 1- 5.
  [4]苏京. 助磨剂对复合硅酸盐水泥性能的影响[D]. 包头: 内蒙古科技大学,2014.
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