熟料和礦渣比表面積與水泥漿體流變性的線(xiàn)性關(guān)系

　　目前，國(guó)內(nèi)外許多水泥企業(yè)都面臨著水泥工作性能差的問(wèn)題，這直接關(guān)系到水泥的銷(xiāo)售和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，阻礙了水泥和混凝土工業(yè)的發(fā)展。水泥的工作性能問(wèn)題已經(jīng)引起了越來(lái)越多業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，而水泥凈漿的流變性又是其工作性一個(gè)重要方面。本文就礦渣和熟料的比表面積對(duì)水泥凈漿流變性的影響進(jìn)行了研究，同時(shí)考察了其強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量等指標(biāo)，供參考。

　　1 試樣的制備及試驗(yàn)方法
　　1.1 試樣的制備
　　1)原材料
　　熟料和礦渣均取自冀東水泥廠，其化學(xué)成分見(jiàn)表1和表2，熟料礦物組成和率值見(jiàn)表3。

表1 熟料的化學(xué)成分%

表2 礦渣的化學(xué)成分%

表3 熟料的礦物組成與率值

　　2) 水泥的制備
　　固定水泥的配比(熟料65％,礦渣30％,石膏5％)和礦渣的比表面積(300m2/kg)，與不同比表面積的熟料(見(jiàn)表4)混合均勻，制備成不同的水泥試樣。另外,以相同方法制備不同比表面積礦渣的水泥試樣(固定熟料的比表面積為330m2/kg)。熟料和礦渣的比表面積見(jiàn)表4。

表4 熟料和礦渣比表面積 m²/kg

　　1.2 試驗(yàn)方法
　　1) Marsh筒法
　　凈漿水灰比為0.4，水泥用量為400g。用凈漿攪拌機(jī)攪拌2min后，再人工攪拌2min，然后將凈漿加入Marsh筒內(nèi)，筒出口用玻璃板控制漿體的流出，抽玻璃板的同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)，測(cè)量漿體流滿(mǎn)200mL容量瓶所用的時(shí)間。

　　2)微型坍落度筒法
　　按照GB/T8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行。將剛測(cè)完Marsh時(shí)間的水泥凈漿倒人微型坍落度筒內(nèi)，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行操作，測(cè)量?jī)魸{的擴(kuò)展直徑。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
　　2.1 熟料和礦渣的比表面積對(duì)水泥漿體流變性的影響
　　1) 熟料
　　熟料比表面積對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度和水泥凈漿Marsh時(shí)間的影響分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1  熟料比表面積對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

圖2  熟料比表面積對(duì)水泥凈漿Marsh時(shí)間的影響

　　由圖l和圖2可見(jiàn)，隨著熟料比表面積的增大，水泥凈漿流動(dòng)度降低，Marsh時(shí)間增大。當(dāng)熟料比表面積為468m2/kg時(shí)，凈漿流動(dòng)度已經(jīng)很小，而此時(shí)的Marsh時(shí)間已無(wú)法測(cè)量(試驗(yàn)中未測(cè)量)，即漿體的流變性已經(jīng)很差。這說(shuō)明水泥凈漿的流變性隨熟料比表面積的增大而明顯降低。

　　在試驗(yàn)條件下，水泥凈漿流動(dòng)度L、Marsh時(shí)間T與熟料比表面積S之間的數(shù)量關(guān)系為：

　　L_熟料,5min=147-0.193(S-209)                (1)
　　L_熟料,30min=121-0.147(S-265)               (2)
　　L_熟料,60min=115-0.148(S-265)               (3)
　　T_熟料,60min=24.3+1.24(S-209)               (4)

　　2) 礦渣
　　礦渣比表面積對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度和水泥凈漿Marsh時(shí)間的影響分別見(jiàn)圖3和圖4。

　　由圖3和圖4可見(jiàn)，隨著礦渣比表面積的增大，凈漿流動(dòng)度減小，Marsh時(shí)間增大，水泥漿體流變性降低。

　　在試驗(yàn)條件下，漿體流動(dòng)度L、Marsh時(shí)間T與礦渣比表面積S也呈線(xiàn)性關(guān)系：

　　L_礦渣,5min=121-0.047(S-326)               (5)
　　L_礦渣,30min=110-0.041(S-326)             (6)
　　L_礦渣,60min=92-0.040(S-326)               (7)
　　T_礦渣,60min =85+(S-272)                  　 (8)

圖3  礦渣比表面積對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

圖4  礦渣比表面積對(duì)水泥凈漿Marsh時(shí)間的影響

　　3) 試驗(yàn)結(jié)果分析
　　從水化反應(yīng)的角度來(lái)看，不管是熟料或者礦渣，比表面積越大，顆粒缺陷越多，配制的水泥活性越大，水化速度越快，水化初期形成的水化產(chǎn)物越多，這些水化產(chǎn)物相互搭接，提高了漿體黏度，增大了剪切應(yīng)力，使得水泥漿體流變性變差；其次，從表面物理作用的角度來(lái)看，比表面積越大，比表面能也越大，導(dǎo)致表面吸附水量大，因而降低了水泥漿體流變性。所以，上面的試驗(yàn)結(jié)果無(wú)論是熟料還是礦渣，隨著比表面積的增大，水泥漿體流變性都降低。

　　而對(duì)于熟料和礦渣，這兩種作用的大小又有所區(qū)別。熟料比表面積每增大50m²/kg，5min之前漿體流動(dòng)度降低了約10mm，5min之后漿體流動(dòng)度降低了約7.4mm；礦渣比表面積每增大50m²/kg，5min之前漿體流動(dòng)度降低了約2.4mm，5min之后漿體流動(dòng)度降低了約2mm。即熟料比表面積對(duì)水泥漿體流變性的影響遠(yuǎn)大于礦渣比表面積的影響。這是因?yàn)槭炝媳旧硭芸?，因此比表面積增大時(shí)，前一種作用(水化反應(yīng))更明顯；礦渣本身水化極其緩慢，隨著比表面積的增大，雖然水化速度也有所加快，但對(duì)水化反應(yīng)的加快作用遠(yuǎn)不如熟料大，主要是后一種作用對(duì)漿體的流變性產(chǎn)生影響。因此，熟料比表面積對(duì)水泥漿體流變性的影響要大于礦渣比表面積的影響。

　　2.2 優(yōu)選樣的強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量
　　為了增強(qiáng)研究的實(shí)用性，這里從前面的試驗(yàn)中選出幾組流變性較好的試樣，做強(qiáng)度試驗(yàn)，驗(yàn)證強(qiáng)度是否合格，并進(jìn)一步作了凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗(yàn)，為企業(yè)生產(chǎn)提供更多的參考數(shù)據(jù)，見(jiàn)表5。在試驗(yàn)中，抗壓強(qiáng)度為凈漿小試體強(qiáng)度，試體規(guī)格為3cm×3cm×5cm，水灰比0.26，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

　　表5 優(yōu)選樣的凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和抗壓強(qiáng)度

　　從表5的結(jié)果可見(jiàn)，優(yōu)選樣的凝結(jié)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與前面的凈漿流變性測(cè)試結(jié)果基本一致。而水泥強(qiáng)度與流變性的關(guān)系如下：U3與U1相比，礦渣比表面積由272m²/kg增大到326m/kg，3d抗壓強(qiáng)度提高了5.6%，28d抗壓強(qiáng)度提高了5.9%；而對(duì)應(yīng)的30min流動(dòng)度降低了8.2%。U3與U2相比，熟料的比表面積由265m²/kg增大到329m²/kg，3d抗壓強(qiáng)度提高了9.6%，28d抗壓強(qiáng)度提高了11.4%；而對(duì)應(yīng)的30min流動(dòng)度降低了11.8%。

　　以上數(shù)據(jù)分析顯示了強(qiáng)度、流變性與物料的比表面積的關(guān)系：當(dāng)水泥的強(qiáng)度合格，而流變性較差時(shí)，可優(yōu)先考慮減小熟料的比表面積。

　　3  結(jié)論
　　在試驗(yàn)條件下，水泥凈漿流動(dòng)度與熟料、礦渣比表面積呈線(xiàn)性負(fù)相關(guān)關(guān)系：熟料比表面積每增大50m²/kg，5min之前凈漿流動(dòng)度降低了約10mm，5min之后凈漿流動(dòng)度降低了約7.4mm；礦渣比表面積每增大50m²/kg，5min之前凈漿流動(dòng)度降低了約2.4mm，5min之后凈漿流動(dòng)度降低了約2mm。即熟料比表面積對(duì)水泥凈漿流變性的影響遠(yuǎn)大于礦渣比表面積的影響。故當(dāng)水泥的強(qiáng)度合格，而流變性較差時(shí)，可優(yōu)先考慮減小熟料的比表面積。