礦物摻和料對(duì)水泥漿體流變性能的影響

1、礦物摻和料對(duì)水泥漿體流變性能的影響王稷良1 郭犇2 周明凱1 單俊鴻1 蔡基偉1（1.武漢理工大學(xué)，武漢，430070； 2.湖北省公路局，430030）摘要:本文通過(guò)對(duì)比幾種活性和非活性礦物摻和料對(duì)水泥漿體流變性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：礦物摻和料的加入不改變水泥漿體的流變類(lèi)型，但各種礦物摻和料的加入在一定程度上改變了水泥漿體的流變參數(shù)。關(guān)鍵詞：水泥漿體，流變性，流變參數(shù)Influence of the mineral admixtures on the rheological properties of cement slurryWang Jiliang1,Guo Ben2,Zhou Min

2、gkai1,ShanJunhong1,Cai Jiwei1(1.Wuhan University of Technology, Wuhan,430070; 2.The Highway Engineering Consultant and Supervision Center of Hubei Province, Wuhan ,430030)Abstract: Comparing with several kinds of admixture on the rheological properties of cement slurry, Its discovered that the miner

3、al admixtures does not change the rheological type, but has obvious effect on the rheological parameters of the cement slurry.Key words：cement slurry，rheological property，rheological parameter1.前言現(xiàn)代社會(huì)以混凝土為主要結(jié)構(gòu)材料的工程建設(shè)量日益增大，并且要求施工速度快、易操作和易控制質(zhì)量、節(jié)省能耗。在此背景下，得益于高效減水劑、超塑化劑的研制成功，人們開(kāi)發(fā)了大流動(dòng)性泵送混凝土，且已成為當(dāng)今混凝土施工的主

4、要趨勢(shì)。另外，由于實(shí)際工程中對(duì)混凝土的強(qiáng)度、耐久性和結(jié)構(gòu)密實(shí)性的要求越來(lái)越高，這種混凝土的膠凝材料用量較大，除水泥之外,往往還摻入較多的超細(xì)粉礦物摻合料，摻和料的引入在很大程度上改變了水泥漿體和混凝土的流變性能2。因?yàn)榇罅鲃?dòng)性混凝土富含水泥凈漿與砂漿，粗骨料顆粒懸浮于砂漿中，相互之間很少搭接，形成一種懸浮、密實(shí)的分散體系此，其拌合物的流變學(xué)特性在很大程度上取決于水泥凈漿與砂漿的流變學(xué)特性。眾多學(xué)者研究后指出，新拌水泥漿、砂漿和混凝土可近似看成符合Bingham體流動(dòng)模型，其流動(dòng)方程為：=0 +D1。就是在這種流動(dòng)中剪切應(yīng)力與剪切速率成線性變化關(guān)系但與牛頓體不同它需要施加一個(gè)最小的屈服剪切應(yīng)力0

5、才能流動(dòng)。在這里我們主要研究摻和料對(duì)水泥漿體流變性能的影響。以次判斷摻和料對(duì)混凝土流變性的影響。2. 實(shí)驗(yàn)材料及方法2.1 原材料（1）水泥：荊門(mén)葛洲壩水泥廠生產(chǎn)的“三峽” 牌PO 52.5水泥，基本物理性能見(jiàn)表1，化學(xué)成分分析見(jiàn)表-2。（2）粉煤灰：武漢鋼鐵集團(tuán)電廠產(chǎn)的級(jí)灰，經(jīng)粉磨，細(xì)度為350m2/kg，其化學(xué)成分見(jiàn)表-2。（3）礦渣：武漢鋼鐵集團(tuán)，磨細(xì)礦渣粉比表面積分別為279、336、402、461m2/kg，其化學(xué)成分見(jiàn)表2。（4）石灰石、輝綠巖：分別取自湖北宜昌、谷城石料場(chǎng)，經(jīng)球蘑機(jī)粉磨，控制標(biāo)準(zhǔn)篩（0.08mm）篩余5%左右。 表-1 水泥的基本物理性質(zhì) 名稱(chēng)凝結(jié)時(shí)間（min）安

6、定性抗折強(qiáng)度（MPa）抗壓強(qiáng)度（MPa）初凝終凝3 d28 d3 d28 d三峽水泥150190合格5.18.738.662.9 表-2 物質(zhì)的化學(xué)成分分析 名稱(chēng)化 學(xué) 成 分 及 含 量（%）SiO2SO3Fe2O3Al2O3TiO2CaOMgO燒失量水泥21.202.955.615.550.5861.671.431.14粉煤灰42.121.614.9825.620.123.860.772.50礦 渣32.852.571.0715.630.4636.289.441.362.2實(shí)驗(yàn)方法（1）水泥漿體的流變曲線及流變參數(shù)0、的測(cè)定采用NXS-A型回轉(zhuǎn)粘度計(jì)，B系統(tǒng)。（2）水泥膠砂流動(dòng)度的測(cè)定按G

7、B8077-97規(guī)定的方法進(jìn)行。（3）礦物摻和料的比表面積測(cè)定使用勃氏透氣比表面積儀。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.1 不同礦物摻和料對(duì)水泥漿體流變性能的影響將10%的輝綠巖粉、石灰石粉、礦渣粉（336 m2/kg）、粉煤灰分別摻加到水泥中，各材料系統(tǒng)均按水膠比0.3制漿供流變參數(shù)測(cè)定。流變參數(shù)、砂漿流動(dòng)度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表-3，水泥漿體流變曲線見(jiàn)圖-1。 表-3 摻不同混合材料的水泥漿體的流變性能(水膠比：0.3) 編號(hào)混 合 比屈服應(yīng)力0（Pa）塑性粘度（Pas）膠砂流動(dòng)度（mm）A100% 水泥16.041.754173B90%水泥+10%輝綠巖粉11.251.590185C90%水泥+10%石灰石粉

8、12.371.604200D90%水泥+10%粉煤灰15.331.809180E90%水泥+10%礦渣粉17.181.661220圖-1 摻和料水泥漿體流變曲線 試驗(yàn)采用的混合材分3類(lèi)：?；郀t礦渣粉，火山灰質(zhì)摻和料(粉煤灰) 和填充性摻和料(輝綠巖與石灰石粉)。由圖-1與表-3可以看出，這些混合材的加入均未改變水泥漿體的流變類(lèi)型Bingham體模型，但屈服值、塑性度流動(dòng)度均有不同程度的變化： （1）輝綠巖與石灰石粉的摻入使得水泥漿體的屈服值和塑性粘度明顯地下降，這主要是由于它們都屬于填充性材料，基本上不參與水泥的水化反應(yīng)，它們的加入使得水泥熟料的含量相對(duì)減少，水化產(chǎn)物量減少。（2）在兩種填充

9、性混合材中，輝綠巖粉水泥漿體系流變參數(shù)較石灰石粉水泥漿體系有一定的差別，這可能是由于兩者物理化學(xué)性質(zhì)上的差別造成的。但兩者的差別并不大。同時(shí)變化趨勢(shì)相同，表明這兩種填充性材料在水泥漿體中所起的作用是相同的。（3）礦渣粉的加入使水泥漿體的屈服值和塑性粘度則略有下降，膠砂流動(dòng)度增大明顯，這主要是礦渣填充于水泥顆粒之間，置換了其間的添充水，使拌和物表面的水大量增加，同時(shí)，礦渣中80%以上是玻璃體結(jié)構(gòu)，表面親水性差，其需水性遠(yuǎn)低于硅酸鹽水泥，且磨細(xì)的玻璃圓珠可減小砂粒與水泥漿、砂粒與砂粒等物料間的摩擦，致使?jié){體的流動(dòng)度增大。（4）作為火山灰類(lèi)摻和料的粉煤灰，它的引入使水泥漿體的屈服值明顯增加，同時(shí)粘度

10、上升，流動(dòng)性稍微變好，這可能是由于粉煤灰具有一定的火山灰活性，更重要的是經(jīng)磨細(xì)的粉煤灰其玻璃質(zhì)圓珠結(jié)構(gòu)被破壞，結(jié)構(gòu)為疏松且多孔，比面積大，容易吸收水分 ，填充在水泥顆粒間的水被吸附后，造成屈服值、漿體粘度增大3。因此，不同種類(lèi)的摻和料對(duì)水泥漿體的流變性能的影響不容忽視。3.2 摻和料摻量對(duì)水泥漿體流變性能的影響將輝綠巖粉、粉煤灰及礦渣粉（336m2/kg）按不同摻量分別摻入到水泥中，測(cè)得這些混合材料水泥漿體的流變參數(shù)和膠砂流動(dòng)度見(jiàn)表-4。表-4 不同摻量摻和料對(duì)水泥漿體流變性能的影響(水灰比：0.3) 編號(hào)混 合 比屈服應(yīng)力0（Pa）塑性粘度（Pas）膠砂流動(dòng)度（mm）A100% 水泥16.0

11、41.754173B190%水泥+10%輝綠巖粉11.251.590185B280%水泥+20%輝綠巖粉10.311.408205D190%水泥+10%粉 煤 灰17.181.804180D270%水泥+30%粉 煤 灰15.361.809192D350%水泥+50%粉 煤 灰16.531.952160E190%水泥+10%礦 渣 粉15.331.661220E270%水泥+30%礦 渣 粉14.511.563240E350%水泥+50%礦 渣 粉14.021.495255由表-4可以的出結(jié)論：（1）摻加輝綠巖粉時(shí)，隨著輝綠巖摻量的增大，水泥漿體的屈服值變小，粘度下降，流動(dòng)度有所增大但幅度不大

12、。主要是由于輝綠巖基本不參加早期的水化反應(yīng)，輝綠巖的增大主要是減少水泥熟料的含量，使水化物減少，導(dǎo)致屈服應(yīng)力和塑性粘度減小。（2）當(dāng)摻加粉煤灰時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增大，水泥漿體的塑性粘度隨之迅速增大，而屈服值的變化有些不同，既粉煤灰摻量在30%以左右時(shí)，屈服值則隨摻量的增大而減小。當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到或超過(guò)膠凝材料總量的50%時(shí)，漿體的屈服值又呈增大趨勢(shì)，流動(dòng)度變小。隨著粉煤灰加入量的增多，熟料含量相對(duì)減少，水化產(chǎn)物量下降，但由于經(jīng)粉磨的粉煤灰容易吸附水分，所以綜合作用的結(jié)果仍然是漿體粘度變大；屈服值與漿體中粉煤灰顆粒的形狀及數(shù)量有關(guān)，這里粉煤灰顆粒偏圓，在一定顆粒數(shù)量范圍內(nèi)，隨著顆粒數(shù)量的增多使

13、得相互間的滑動(dòng)變得更容易，屈服值變小，但當(dāng)數(shù)量增大到一定程度后，粉煤灰顆粒含量越來(lái)越多，顆粒間的滑動(dòng)也越來(lái)越困難，屈服值變大，因此漿體的流動(dòng)性也隨之出現(xiàn)先大后小的變化。（3）對(duì)于礦渣粉而言，礦渣為水淬性材料其中高含量的玻璃體表面不吸水，可填充在水泥間隙和絮凝狀結(jié)構(gòu)中，將絮凝結(jié)構(gòu)中的水釋放出來(lái)，同時(shí)隨摻量的增加，使早期水化產(chǎn)物減少，導(dǎo)致水泥漿體隨摻量的增加屈服應(yīng)力和塑性粘度及流動(dòng)度增大。3.3 摻和料的細(xì)度對(duì)水泥漿體流變性的影響將粉磨細(xì)度不同的礦渣按30%的比例摻入水泥中，測(cè)得礦渣水泥漿體的流變參數(shù)和膠砂流動(dòng)度見(jiàn)表5。 表5 不同細(xì)度摻和料對(duì)水泥漿體流變性能的影響(水灰比=0.3) 編號(hào)混 合

14、比屈服應(yīng)力0塑性粘度膠砂流動(dòng)度K127914.231.496245K233614.511.563240K340215.081.597232K446115.461.621225從表5可以看出：隨著礦渣比表面積的增大，水泥漿體的屈服值和塑性粘度明顯增大，而且膠砂流動(dòng)度變小。主要是因?yàn)榈V渣隨比表面積的增大，表面缺陷增多，表面能增加，礦渣的活性得到提高，水化反應(yīng)速度加快，水化產(chǎn)物增多，導(dǎo)致屈服值和塑性粘度增大，同時(shí)由于比表面積增大，所需包裹水也在增加，在雙重作用下膠砂流動(dòng)度變小。4. 結(jié)論通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)和理論分析可以得出如下結(jié)論：（1）礦物摻和料的加入不會(huì)改變水泥漿體的流變類(lèi)型，即它們?nèi)詫儆贐ingham體。（2）摻和料的種類(lèi)可以明顯改變水泥漿體的流變性，即可以改變屈服值和塑性粘度。輝綠巖、石灰石粉和礦粉的摻入使得水泥漿體的屈服值和塑性粘度下降，但粉煤灰的加入則使屈服值和塑性粘度上升。（3）隨礦物摻和料的摻量的變化，水泥漿體的流變性能也將隨之發(fā)生變化。隨著輝綠巖粉摻量的增大，水泥漿體的屈服值變小，粘度下降。隨礦粉摻量的增加屈服應(yīng)力和塑性粘度及流動(dòng)度增大。（4）隨著礦渣比表面積的增大，水泥漿體的屈服值和塑性粘度增