粉煤灰对水泥与聚羧酸减水剂相容性的影响

财富 2024-11-07 09:03 上海

0　引言

混凝土是重要的结构材料，减水剂是混凝土中的关键组分。聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、增塑、低收缩、保坍性好及环保等优点，在混凝土中得到了广泛的应用。但减水剂与水泥之间存在相容性问题，水泥与高效减水剂的相容性问题由加拿大学者Aiticin等最早提出，减水剂与水泥的相容性好是指加入少量减水剂就已经饱和，并且流动度在1 h内的变化不明显；相反，就称为相容性差。

相容性差会使混凝土产生急凝、坍落度经时损失大和离析泌水等情况。而粉煤灰的活性效应、微集料效应和形态效应可以改善减水剂与水泥之间存在的相容性问题。在混凝土中引入粉煤灰，不仅可以改善混凝土性能，还解决了对环境的污染问题。

1　原材料与试验方法

1.1　原材料

水泥有基准水泥（P•I 42.5，编号为RC）和普通硅酸盐水泥（P•O 42.5，编号为C），其物理力学性能见表1。

试验用水为株洲市自来水。

株洲电厂和湘潭电厂提供的Ⅱ级粉煤灰分别记为FA1和 FA2，其性能见表2，减水剂为聚羧酸减水剂。

1.2　试验方法

根据《水泥与减水剂相容性试验方法》（JCT1083-2008）和《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB/T 8077-2012），测初始流动度和60 min 流动度，测试60 min流动度时静置时间为60 min。

试验中，比较2种水泥与聚羧酸减水剂之间的相容性影响，其中水胶比mw/mc 为0.29和0.23，粉煤灰掺量分别为0%、10%、30%和50%，并对聚羧酸减水剂与水泥的相容性以及粉煤灰对相容性的改善效果进行分析。

2　试验结果与分析

2.1　2种水泥与减水剂的相容性

2种水泥与聚羧酸减水剂的相容性试验结果如图1所示，图1（a）和图1（b）为mw/mc=0.29时聚羧酸减水剂与硅酸盐水泥、基准水泥初始和60 min的流动度，图1（c）和图1（d）为mw/mc=0.23时聚羧酸减水剂与硅酸盐水泥、基准水泥初始和60 min的流动度。

由图1（a）可知，随着减水剂掺量的增加，初始流动度和60 min流动度持续增加，当减水剂掺量高于0.105%时，流动度增加速度缓慢，因此0.105%可视为其饱和掺量点。

从图1（b）可以看出，基准水泥在减水剂掺量低于0.100%时，随着减水剂掺量的增加，初始流动度明显增加，在掺量为0.100%时60 min流动度不升反降，因此其饱和掺量点可视为0.100%。

从图1（c）、图1（d）可以看出，初始流动度和60 min流动度随着减水剂掺量的增加而持续增加，并且两者的饱和掺量点均是0.180%，但后者初始流动度增加明显，60 min净浆流动度经时损失小。通过以上分析可以得出：基准水泥在水胶比为0.29时与聚羧酸减水剂的相容性更好。

2.2　FA1对水泥与减水剂相容性的影响

本试验采用基准水泥，固定水胶比为0.29，图2为粉煤灰FA1对水泥净浆流动度的影响。粉煤灰颗粒呈球状，表面光滑致密，其球形的玻璃体在水泥中起滚珠轴承作用，可减少水分和减水剂的吸附，提高流动性，有助于改善减水剂与水泥的相容性。

对不同FA1粉煤灰掺量下的砂浆流动度进行比较，由图2（a）可知，在10%粉煤灰掺量下，随着减水剂掺量的增加，初始流动度和60 min流动度均呈增加趋势，在减水剂掺量为0.120%时60 min流动度不降反升，故减水剂饱和掺量点为0.120%；由图2（b）可知，30%粉煤灰掺量下，初始流动度最大，减水剂饱和掺量点为0.110%，初始流动度和60 min流动度很接近，且几乎没有60 min净浆流动度经时损失；由图2（c）可知，50% 粉煤灰掺量下，饱和掺量点不明显，并且60 min净浆流动度经时损失很大。在3种粉煤灰掺量下，30%粉煤灰掺量能更好地改善水泥与减水剂之间的相容性。

2.3　FA2对水泥与减水剂相容性的影响

在水胶比0.29时，对不同FA2粉煤灰掺量下的砂浆流动度进行比较，如图3所示。

由图3（a）可知，在10%粉煤灰掺量下，随着减水剂掺量的增加，初始流动度和60 min流动度均呈增加趋势，在掺量为0.130% 时60 min 流动度不降反升，故饱和掺量点为0.13%；由图3（b）可知，30%粉煤灰掺量下，减水剂掺量在0.10%之前初始和60 min流动度均明显增加，经时损失值较大，但随着减水剂掺量的增加，经时损失较小，故减水剂饱和点和掺量点为0.100%；由图3（c）可知，50%粉煤灰掺量下，减水剂饱和掺量点不明显，且60 min净浆流动度经时损失很大。在3种粉煤灰掺量下，30%粉煤灰掺量能更好地改善水泥与减水剂之间的相容性。

综上所述，相对于FA1，FA2的减水剂饱和掺量点低，60 min净浆流动度经时损失小，故FA2对水泥与减水剂相容性的改善效果更明显。

3　结论

（1）随着减水剂掺量的增加，在0.29 和0.23 水胶比下，基准水泥与减水剂的相容性比硅酸盐水泥与减水剂的相容性好，并且水胶比大的流动性比较好，故水胶比为0.29时，基准水泥与减水剂的相容性更好。

（2）粉煤灰的不断掺加改变了减水剂掺量、饱和掺量点和离析点，适量的粉煤灰掺量可以改善水泥与高效减水剂的相容性，考虑到浆体的初始流动度和流动度经时损失，粉煤灰的最佳掺量为30%。

（3）相对于FA1，FA2的减水剂饱和掺量点低，60 min净浆流动度经时损失小，故FA2对水泥与减水剂相容性的改善效果更明显。

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