1、建筑材料福建建设科技 掺膨润土的低弹性模量水泥浆流动性能研究王振华(健研检测集团有限公司 福建厦门)摘 要 主要研究掺入膨润土的低弹性模量水泥浆的流变性能通过对萘系减水剂进行梯度实验发现在超掺的情况下才能保证低弹性模量水泥浆达到与普通水泥浆相同的流动度此时低弹性模量水泥浆的其他性能(如泌水等)受到负面影响 通过加入氯化钾、尿素、柠檬酸、聚乙二醇等抗泥吸附材料在膨润土表面形成竞争吸附来降低萘系减水剂掺量结果表明抗泥吸附材料的加入可以增大水泥浆流动度同时也提高流动度经时损失()满足塑性混凝土施工要求关键词 低弹性模量流动度水泥浆抗泥吸附剂 :.().().:引言塑性混凝土具有较低的弹性模量多应用于
2、病险土石坝加固及临时土石围堰中的防渗结构体以抵抗由于侧压力引起的主体结构位移开裂 为降低混凝土的弹性模量科研人员发现在混凝土中掺入黏土或膨润土可降低其强度增强其变形能力 塑性混凝土的配合比设计方法一般根据普通混凝土配合比设计规程但由于塑性混凝土中常含有大量膨润土能吸附混凝土中大量的拌和水和减水剂造成混凝土和易性不良 为达到施工和易性要求不得不增加塑性混凝土中的用水量或减水剂用量导致混凝土强度和耐久性下降并提高混凝土生产成本研究发现高含泥量的骨料在混凝土中也存在大量吸附减水剂和拌和水的问题对混凝土的流动性、强度和耐久性造成负面影响 小分子化学材料常用作抗泥吸附剂和减水剂搭配在一起使用 抗泥吸附剂
3、能够比减水剂更早地被粘土矿物吸附占据了粘土矿物的吸附点从而减小粘土矿物对减水剂的吸附保障减水剂更大程度发挥作用提高混凝土的工作性能 然而在低弹性模量混凝土中还很少见到利用抗泥吸附剂提高混凝土流动性能的报道基于此本文选取氯化钾、尿素、柠檬酸和聚乙二醇等几种常见的低相对分子量材料将这些材料分别单独掺入到含有膨润土的低弹性模量胶凝材料体系中以降低膨润土对萘系减水剂的吸附作用从而提高低弹性模量水泥浆的流动度进而提升塑性混凝土的流动性 实验部分 实验原材料()水泥:安徽某公司生产的 水泥其化学组成如表 所示性能指标如表 所示()粉煤灰:福建某电厂二级粉煤灰密度 含水量比表面积化学组成如表 所示作者简介:
4、王振华()男本科高级工程师现从事科研、检测、内审和管理工作.表 水泥化学成分/组成含量 表 水泥基本性能参数密度/()比表面积/()标准稠度用水量/凝结时间/抗折强度/抗压强度/初凝终凝 表 粉煤灰化学成分/组成烧失量粉煤灰 福建建设科技 建筑材料 ()膨润土:采用天津大茂化学试剂生产的膨润土分析纯()砂:采用天然河砂级配良好中砂细度模数含泥量符合普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准 的规定()减水剂:采用巴斯夫生产的萘系减水剂减水率为()氯化钾、尿素、柠檬酸和聚乙二醇()均购自国药试剂分析纯 试验方案根据实际工程常见塑性混凝土的配合比组成设计塑性混凝土胶凝材料体系组成为 水泥、粉煤灰和 的膨
5、润土 胶凝材料分别与不同质量的水、减水剂和抗泥吸附剂拌和形成低弹性模量水泥浆部分水泥浆的配合比如表 所示表 低弹性模量水泥浆配合比(单位:)组别水泥粉煤灰膨润土水萘系氯化钾尿素柠檬酸聚乙二醇 (以 递增)(以 递增)(以 递增)(以 递增)(以 递增)低弹性模量水泥浆流动性测试参照混凝土外加剂均质性试验方法/进行分别测试新拌水泥浆和静置 后的水泥浆流动度 试验结果与讨论 减水剂掺量对水泥浆流动性的影响从图 可以发现低弹性模量水泥浆初始流动度和 流动度总体上随着萘系减水剂掺量的增加而增加但值得注意的是当萘系减水剂的掺量低于 时低弹性模量水泥浆的流动度基本维持不变而普通水泥浆在萘系减水剂的掺量超过
6、 时流动性会有显著提升说明当减水剂含量较低时萘系减水剂基本完全被膨润土矿物吸附导致减水剂不能发挥分散水泥颗粒的作用 当萘系减水剂的掺量达到 时低弹性模量水泥浆的流动度达到 再增加减水剂掺量水泥浆的流动度也很难提高即达到“饱和点”同时可以发现掺入萘系减水剂的低弹性模量水泥浆 流动度损失在 流动度损失能满足塑性混凝土施工要求图 萘系减水剂掺量对低弹性模量水泥浆流动度的影响该萘系减水剂的推荐掺量不高于 超掺会导致混凝土凝结时间延长、强度和耐久性下降等问题 因此有必要将萘系减水剂的掺量控制在 通过引入其它抗泥吸附剂以提高低弹性模量水泥浆的流动性 抗泥吸附剂对水泥浆流动性的影响从图 可以看出低弹性模量水
7、泥浆初始流动度和 流动度基本保持一致的变化趋势:当氯化钾的掺量低于 时低弹性模量水泥浆的初始流动度和 流动度基本维持不变说明低掺量的氯化钾对低弹性模量水泥浆的流动性基本没有贡献当氯化钾的掺量高于 时随其掺量增加低弹性模量水泥浆的流动度逐渐提高 同时可以发现水泥浆的初始流动度增长快于 流动度导致 流动度损失也逐渐增长这可能与氯化钾的早强作用相关 因此高氯化钾掺量下的塑性混凝土应在搅拌完成后及时施工或复掺一定量的缓凝剂降低流动性经时损失 同时氯化钾在使用过程中应重点关注氯离子导致的钢筋锈蚀问题在钢筋混凝土结构中不宜单独使用推荐配合掺入一定量的阻锈剂图 氯化钾掺量对低弹性模量水泥浆流动度的影响从图
8、可以看出尿素对低弹性模量水泥浆流动性的影响规律与氯化钾基本一致 表现在:当尿素的掺量低于 时低弹性模量水泥浆的初始流动度基本维持不变掺量低于 时 流动度基本维持不变说明低掺量的尿素对低弹性模量水泥浆的流动性基本没有贡献当尿素的掺量高于 时随其掺量增加低弹性模量水泥浆的流动度逐渐提高 经时流动度损失也逐渐增长这可能与尿素的早强作用相关 对比图 和图 可发现相同掺量下氯化钾对水泥浆的流动性促进作用要高于尿素说明膨润土对氯化建筑材料福建建设科技 钾的吸附速率要快于尿素图 尿素掺量对低弹性模量水泥浆流动度的影响从图 可以看出低弹性模量水泥浆初始流动度和 流动度基本保持一致的变化趋势:当柠檬酸的掺量低于
9、 时低弹性模量水泥浆的初始流动度和 流动度基本维持不变说明低掺量的柠檬酸对低弹性模量水泥浆的流动性基本没有贡献当柠檬酸的掺量在 时随其掺量增加低弹性模量水泥浆的流动度逐渐提高当柠檬酸的掺量高于 时低弹性模量水泥浆的流动度不再提高同时可以发现当柠檬酸的掺量在 时水泥浆的 流动度损失维持在 附近掺量高于 时 流动度损失逐渐变大掺量在 时达到最大 同时由于柠檬酸在高掺量时才能发挥作用在使用过程中应重点关注其未被膨润土吸附部分的缓凝效应需要试验测试掺入柠檬酸的混凝土凝结时间图 柠檬酸掺量对低弹性模量水泥浆流动度的影响从图 可以看出聚乙二醇对低弹性模量水泥浆流动性的影响规律与柠檬酸基本一致 表现在:当聚
10、乙二醇的掺量低于 时低弹性模量水泥浆的初始流动度基本维持不变掺量低于 时 流动度基本维持不变说明低掺量的聚乙二醇对低弹性模量水泥浆的流动性基本没有贡献当聚乙二醇的掺量在 时随其掺量增加低弹性模量水泥浆的流动度逐渐提高 经时流动度损失也逐渐增长当聚乙二醇的掺量高于 时低弹性模量水泥浆的流动度不再提高 对比图 和图 可发现相同掺量下柠檬酸对水泥浆的流动性促进作用要略高于聚乙二醇说明膨润土对柠檬酸的吸附速率要快于聚乙二醇 聚乙二醇的优势主要在于其不会像柠檬酸一样对混凝土缓凝综上通过对以上 种抗泥吸附剂的研究发现它们在一定程度上均能提高低弹性模量水泥浆的初始流动度和 流动度同时提高 经时流动度损失 在
11、使用不同种类抗泥吸附剂时需关注掺入吸附剂后塑性混凝土的凝结时间、强度以及耐久性的变化图 聚乙二醇掺量对低弹性模量水泥浆流动度的影响 结论()低弹性模量水泥浆的流动性随着萘系减水剂掺量的增加而提高为保证浆体具有良好流动性萘系减水剂的使用掺量需显著超掺此时混凝土其它性能受到一定负面影响()在减水剂的基础上对抗泥吸附剂进行梯度实验结果表明:氯化钾、尿素掺量在 以上柠檬酸、聚乙二醇掺量在 以上时低弹性模量水泥浆的流动性得到提高同时水泥浆的经时流动度损失增大()不同种类抗泥吸附剂的使用可在膨润土表面形成竞争吸附降低萘系减水剂掺量减弱减水剂超掺后对塑性混凝土的凝结时间、强度以及耐久性等性能的负面影响参考文
12、献张宇亭殿军陈文亮.新型低弹模混凝土性能研究.岩土工程技术():.王馨玉任虎平.低弹模高抗渗性防渗墙混凝土配合比设计研究.江苏建筑():.中国建筑科学研究院.普通混凝土配合比设计规程:.北京:中国建筑工业出版社.魏小彬.某防渗墙高强低弹缓凝型混凝土配合比设计.中国水运():.瞿金东彭家惠陈明凤等.减水剂在水泥颗粒表面的吸附特性研究进展.建筑材料学报():.仇影.含泥量对掺高效减水剂的混凝土性能影响研究.硅酸盐通报():.():.罗源兵.聚羧酸减水剂的抗泥改性研究 .重庆重庆大学.何正恋.粘土对聚羧酸减水剂吸附性能的机理研究.武汉武汉科技大学.中国建筑材料联合会.混凝土外加剂匀质性试验方法:/.北京:中国标准出版社.曹永莲.抑制膨润土对新拌塑化水泥基材料流动性损害的研究.济南济南大学.