（材料学专业论文）水泥泌水性能及其调控技术研究.pdf

摘要 长期以来，新拌混凝土的泌水一直是一个难题，原因在于泌水受到很多因 素的影响。泌水后的混凝土在宏观上仍然是均匀的，但是会导致混凝土上表面 起皮和内部局部不均匀，这样不仅对混凝土强度有影响，而且对混凝土耐久性 也有影响。实际上混凝土基本性质主要取决于凝胶物质水泥在水化硬化后 形成的水泥石性质，而水泥石性质又很大程度取决于水化硬化过程中水泥泌水 形成的孔隙数量与结构。因此研究水泥泌水及调控技术有特别重要的意义。 本文利用新拌水泥砂浆实验来探讨影响水泥泌水性能的因素，采用水泥保 水率( 保水性和泌水性实际上是指一件事的两个相反现象) 试验方法来进行实 验。首先，进行了水泥组分对水泥泌水的影响实验，通过对标准稠度、流动度、 保水率的测试，结果表明：水泥组分的细度对水泥泌水性能起很关键的作用， 比表面积越大，水泥砂浆的保水率越大，泌水量越少；同等条件，掺粉煤灰比 掺炉渣的保水性好，掺矿渣最差，且掺量越大，泌水量越大；通过对复合水泥 的正交实验可知，保水率r 最大的组合是a 3 8 1 c 3 ，最小的组合是a 1 8 1 c 1 。 为了改善水泥的泌水性能，进行了水泥砂浆泌水的调控技术研究。通过掺 少量矿物外加剂膨润土( 3 种不同基型) 和石灰石微粉对水泥砂浆泌水的影响实 验，结果表明：外掺0 7 左右的膨润土( 3 种不同基型) 可以明显改善水泥泌水 性能，同时还可以显著提高水泥胶砂的强度，且外掺0 7 钙基膨润土时，其保 水率的绝对数值提高3 7 ；3 天、2 8 天抗折强度提高1 0 7 以上，抗压强度提高 5 5 以上；掺适量的石灰石微粉也能改善水泥泌水性能，当掺量为6 时较合适， 泌水率的绝对数值可降1 o ，同时可以显著提高水泥胶砂的早期( 3 天) 强度， 当掺量为6 时，3 天抗折强度提高1 7 8 ，3 天抗压强度提高1 3 o ，后期( 2 8 天) 强度基本没有影响。通过2 8 天硬化砂浆s e m 照片对比，可以观察到，掺加 合适比例外加剂膨润土和石灰石微粉后，其硬化砂浆试块的内部结构明显密实。 通过本课题了解了水泥组成、细度、混合材品种及其掺量对水泥泌水的影 响；也探寻出了掺加合适比例外加剂膨润土和石灰石微粉可以降低水泥泌水性。 关键词：混凝土，水泥，水泥砂浆，泌水，膨润土 a b s t r a c t t h eb l e e d i n go fn e w l y - c a s tc o n c r e t eh a sb e e nad i f f i c u l t yf o ral o n gt i m e b e c a u s eb l e e d i n gi sa f f e c t e db yag r e a tm a n yo ff a c t o r s m a c r o s c o p i c a l l y ，c o n c r e t ei s w e l l p r o p o r t i o n e da f t e rb l e e d i n g ，b u tb l e e d i n gc a nr e s u l ti ns u r f a c ep e e l i n ga n d l o c a l u n e v e ni n s i d ec o n c r e t e ，w h i c ha f f e c tt h es t r e n g t ha n dd u r a b i l i t y a c t u a l l y ，b a s i c p r o p e r t i e so fc o n c r e t ea r ed e t e r m i n e db yj e l l o - c e m e n ts t o n ef o r m e di nt h eh y d r a t e d c e m e n t t h ep r o p e r t i e so fc e m e n ts t o n ea r eu pt on u m b e ra n ds t r u c t u r eo fh o l ew h e n t h ec e m e n ti sh y d r a t e da n db l e e d i n g t h u si ti so fg r e a ti m p o r t a n c et os t u d yc e m e n t b l e e d i n ga n dc o n t r o l l i n gt e c h n o l o g y i nt h i sp a p e r ，t h es t u d yi sc a r r i e do u tb yf r e s hc e m e n tm o r t a rt od i s c u s st h e f a c t o r st h a ta f f e c tt h ep r o p e r t i e so fb l e e d i n g t h ee x p e r i m e n ta d o p tt h ew a t e r r e t a i n i n gr a t eo fc e m e n tt os h o wt h ep r o p e r t i e s ( w a t e rr e t a i n i n ga n db l e e d i n ga r et h e o p p o s i t ea s p e c to fo n et h i n g ) f i r s t ，t h er e s e a r c ho fb l e e d i n gi s t h ee f f e c to fc e m e n t c o m p o n e n t s a c c o r d i n gt ot h et e s to fn o r m a lc o n s i s t e n c y ，f l u i d i t y , w a t e rr e t a i n i n gr a t e ， m er e s u l ts h o w st h a tt h ef i n e n e s so fc e m e n tc o m p o n e n t si st h ek e y t ot h ep r o p e r t i e so f b l e e d i n g t h eb i g g e rt h ec e m e n ts p e c i f i cs u r f a c ea r e a , t h em o r ew a t e rr e t a i n i n gr a t e , t h el e s sq u a n t i t yo fb l e e d i n g s i m i l a r l y ，t h ep r o p e r t i e so fw a t e rr e t a i n i n ga r ed i f f e r e n t w h e nm i x i n gt h ec e m e n tw i t ht h en ya s ho rt h es l a go rt h eb o i l i n gs l a gr e s p e c t i v e l y ， t h ec e m e n tw i t hm en ya s hi st h eb e t t e ro p t i o n ，a n dt h ec e m e n t w i t ht h es l a gi st h el a s t c h o i c e i ta l s oi n d i c a t e st h em o r eq u a n t i t yo ft h es l a g ，t h em o r eq u a n t i t yo fb l e e d i n g w ec a ng o tm er e s u l t sb yt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t sw i t ht h ec o m p o s i t ec e m e n t t h a t t h em a x i m u mw a t e rr e t a i n i n gf a c t o rc o m b i n a t i o ni sa 3 b 1c 3 ，w h i l et h em i n i m u m f a c t o rc o m b i n a t i o ni sa 1 8 1 c 1 i no r d e rt oi m p r o v et h ep r o p e r t yo fc e m e n tb l e e d i n g ，t h ec o n t r o l l i n gt e c h n o l o g y i ss t u d i e do nm o r t a r t h er e s e a r c ho nm o r t a rb l e e d i n gb ym i x i n gi tw i t has m a l l 锄o u n to fb e n t o n i t e ( 3d i f f e r e n tt y p e s ) a n dl i m e s t o n ep o w d e rr e s p e c t i v e l ys h o w s t h a t t h ec e m e n tw i t hb e n t o n i t e ( 3d i f f e r e n tt y p e s ) a tt h ec o n t e n to f0 7 c a nb o t hi m p r o v e t h ep r o p e r t i e so fb l e e d i n ga n dt h es t r e n g t ho ft h ec e m e n tm o r t a r ；a n dt h ec e m e n tw i t h c a l c i u mt y p eb e n t o n i t ea tt h ec o n t e n to f0 7 t h ep e r c e n t a g eo fw a t e rr e t a m l n gr a t e r i s e3 7 t h ef l e x u r a ls t r e n g t ho f3 da n d2 8 dg r o w sb y10 7 ，c o r r e s p o n d i n g c o m p r e s s i v es t r e n g t hg r o w sb y5 5 ；t h ec e m e n tw i t hs u i t a b l ea m o u n to fl i m e s t o n e p o w d e rc a l la l s oi m p r o v et h ep r o p e r t yo fb l e e d i n g ，t h er a t eo fb l e e d i n gc a nr e d u c e 1 o a tt h ec o n t e n to f6 ，a n de n h a n c et h ee a r l ys t r e n g t h ( 3 d ) o ft h ec e m e n tm o r t a r , w h e nt h el i m e s t o n ep o w d e rc o n t e n ti s6 ，t h ef l e x u r a ls t r e n g t ho f3 dc a ng r o wb y 1 7 8 ，t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho f 3 dc a ng r o wb y1 3 o ，w h i l et h es t r e n g t ho f 2 8 d c a nh a r d l yc h a n g e c o m p a r i n gw i t ht h es e m p h o t oo fr i g i d i f i c a t i o nm o r t a ro f2 8 d ， t h ei n t e r i o rs t r u c t u r ei s g e t t i n gm o r es o l i dw h e nm i x i n gw i t ht h eb e n t o n i t ea n d l i m e s t o n ep o w d e r t h ep r o j e c th e l pu sk n o wh o wt h ec e m e n tc o m p o s i t i o n s ，f i n e n e s s ，a d m i x t u r e v a r i e t i e sa n da m o u n to fa d m i x t u r ea f f e c tt h ep r o p e r t yo fc e m e n tb l e e d i n g ；a n da l s o e x p l o r et h em e t h o do fm i x i n gt h eb e n t o n i t ea n dl i m e s t o n ep o w d e rt o r e d u c et h e p r o p e r t yo fc e m e n tb l e e d i n g k e yw o r d s ：c o n c r e t e ，c e m e n t ，c e m e n tm o r t a r ，b l e e d i n g ，b e n t o n i t e i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：同期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：一导师签名： 武汉理t 大学硕十学位论文 1 1 概述 第1 章绪论 混凝土的性能主要包括和易性、坍落度损失、含气量、泌水率等【i 捌。如果 混凝土的配合比设计合理，原材料合格，则和易性、坍落度损失、含气量等都 可以通过混凝土外加剂进行调整，而泌水率则没有可以进行直接调整的方法i z 咱。 长期以来，新拌混凝土的泌水一直是一个难题，原因在于泌水受到很多因素的 影响，但是没有哪个因素能起关键作用，不能通过该因素直接解决泌水问题1 7 圳。 1 1 1 混凝土泌水的机理及对其性能的影响 混凝土由水、胶凝材料、细骨料、粗骨料、外加剂等拌合而成，质量好的 新拌混凝土应该是所有组分及气泡分布均匀稳定 2 , 5 , s 1 0 】。混凝土产生不均匀的情 况有三种，一是骨料沉底、浆体上浮；二是浆体沉底、骨料上浮；三是泌水即 水分上浮逸出。混凝土产生不均匀的直接原因是各组分密度不同、配比不合理、 或施工振捣不合理等。前两种情况直接导致混凝土的宏观不均匀性。泌水后的 混凝土在宏观上仍然是均匀的，但是会导致混凝土微观结构不均匀 14 1 。 根据水分在混凝土中的存在状态，新拌混凝土中的水分可以划分为结合水、 润湿水与自由水。水泥中反应速度快的部分在加水以后可能会发生水化反应， 消耗部分水，这部分水定义为新拌混凝土中的结合水，这部分水不能被邻近部 位的水分置换，也无法逸出拌和物；水遇到干燥状态的胶凝材料、骨料等以后， 胶凝材料和骨料表面会吸附一定量的水，使干燥的材料湿润，这部分水受到固 体材料表面的吸附，不能逸出拌和物，但是可以被邻近部位的水分置换，定义 这部分水为润湿水；新拌混凝土中其余的水分为自由水，在新拌混凝土中起润 滑的作用，这部分水与固体材料的联系较少，可以逸出混凝土，所有原材料中 水的密度最小，逸出以后上浮，形成泌水，这部分水也称为可泌水分【z l 引。 水分要从混凝土内部泌出到表面，需要经过较长的距离，犹如经过弯弯曲 曲的微细水管，最后到达表面。如果各种颗粒级配好，堆积密实，孔隙微细， 则水分泌出需要经过的距离很长( 阻力大) ，则会使泌水量减小。或者如果水 分泌出的通道被阻断，泌水量也会减t j d 2 l 1 , 1 2 , 1 4 。 泌水对混凝土性能的负面影响是肯定的。但也有工程人员对此有不同看法， 武汉理工大学硕十学位论文 他们认为泌水以后混凝土中的实际水量下降，水灰比会有所降低，会使混凝土 强度提高，对混凝土有益。显然这种认识是不正确的，泌水以后会使混凝土不 均匀，并且泌水本身在混凝土中是不均匀的，肯定对混凝土是不利的( 形成通 道、促进离析) 。泌水部位的混凝土中会产生缺陷，泌水部位水灰比下降的同 时，在该部位留下缺陷，导致该部位强度降低而不是增加。另一方面，试验测 试得到混凝土强度取决于测试试件的最薄弱部位，泌水以后即使混凝土水灰比 降低也是局部的，混凝土中还是存在水灰比不变甚至由于泌水而使水灰比增加 的部位，这部分强度的下降会导致混凝土整体强度降低。所以，泌水并不能使 混凝土强度提高【1 8 】。 其实，泌水不仅对混凝土强度有影响，而且对混凝土耐久性的影响也至关 重要。从泌水的机理可知，水分从混凝土内部泌出到表面以后，在混凝土中形 成了从内到外的通道。这些通道首先降低混凝土的抗渗透能力，虽然这些通道 很难直接或通过仪器观察到，但对于混凝土的抗渗透性能影响很大，这一点对 于有抗渗透性能要求的混凝土，如水工混凝土、海工混凝土工程等非常重要。 其次，泌水对混凝土的抗腐蚀能力、抗冻性能影响很大，原因同样与泌水以后 留下的通道有关，腐蚀性介质通过泌水通道很容易进入混凝土内部，到达钢筋 表面产生钢筋锈蚀，或者直接与水化产物发生腐蚀反应；同样通过泌水通道使 得混凝土内部很容易达到水饱和状态，高度饱和的混凝土在冻融循环作用下劣 化的速度很快，产生冻融破坏 1 2 , 1 7 。 1 1 2 实际生产中影响混凝土泌水的因素 混凝土的泌水几乎与混凝土生产的所有环节有关，如胶凝材料、配合比、 含气量、外加剂、振捣过程等3 , 8 , 9 , 1 1 , 1 2 , 1 7 , 1 8 】。 l 胶凝材料对泌水的影响 胶凝材料影响混凝土泌水主要与其反应活性、细度、颗粒形貌等有关。胶 凝材料细度越高，比表面积越大，则湿润胶凝材料表面所需的水量越多，即润 湿水量较多；同时如果胶凝材料较细，其反应活性增加，初期反应所需要的结 合水也会增加。这两部分水的增加会使可以逸出形成泌水的自由水量减少，从 而对降低泌水有利。另外，较细的胶凝材料会细化混凝土中的孔隙，降低孔隙 连通性，导致泌水通道数量减少和泌水通道距离增大，使得泌水量减少。胶凝 材料形貌不同，其比表面积也不同，所以需要的润湿水不同，最终影响混凝土 2 武汉理工大学硕士学位论文 的泌水。 2 配合比对泌水的影响 混凝土配合比设计过程中的三个重要参数，即单位用水量、水灰比和砂率， 对混凝土的泌水有很大影响。 2 1 混凝土的单位用水量 水泥浆赋予混凝土拌合物一定的流动性。在水灰比不变的情况下，单位体 积内水泥浆愈多，混凝土拌合物的流动性愈大。若水泥浆过多，将会出现流浆 现象，使混凝土拌合物的粘聚性变差。无论是水泥浆的多少，还是水泥浆的稀 稠，对混凝土拌合物流动性起决定性作用的是用水量。因为提高水灰比或增加 水泥浆的用量最终都表现为混凝土用水量的增加。 2 2 粉煤灰对泌水的影响 粉煤灰对混凝土泌水的影响具有两面性。掺加粉煤灰减少混凝土泌水可以 从三个方面理解：一是粉煤灰的颗粒小于水泥颗粒，比表面积较水泥大很多， 因此对水分的吸附作用加强，因而可泌自由水减少；二是粉煤灰颗粒细小，混 凝土中固相堆积密实度提高，混凝土中的孔隙细化，泌水通道减小，通道距离 增加，也阻碍了水分泌出；三是粉煤灰的密度较小，相对于水泥颗粒而言，不 易产生浆体沉降离析，拌和物经时均匀性较好，有利于减少泌水。当然，粉煤 灰对改善泌水的有利作用是在粉煤灰品质较好的前提下。如果粉煤灰品质较差， 需水量增大，会使混凝土中可泌水量增大。掺加粉煤灰使混凝土泌水增加的原 因有：一是粉煤灰的反应活性远低于水泥，会使混凝土中的结合水量显著减少， 导致可泌水分增加；二是粉煤灰颗粒的形貌一般是球形玻璃体，这种形貌不利 于吸附混凝土的水分，也可能使混凝土中的可泌水分增加，当然这种形貌对于 改善混凝土和易性非常有利。粉煤灰对混凝土泌水的影响取决于具体的粉煤灰 品质【川1 19 2 3 。 2 3 混凝土的砂率 在水泥浆一定的条件下，若砂率过大，则骨料的总表面积及空隙率增大， 混凝土混合物就显得干稠，流动性小，如要保持一定的流动性，则要多加水泥 浆，增大单位用水量。若砂率过小，砂浆量不足，不能在粗骨料的周围形成足 够的砂浆层起润滑和填充作用，也会降低混合物的流动性，使混凝土拌合物的 粘聚性、保水性变差，使混凝土混合物显得粗涩，粗骨料离析，水泥浆流失。 3 含气量对泌水的影响 武汉理工大学硕士学位论文 含气量对混凝土泌水有显著影响。混凝土中的气泡由水分包裹形成，如果 气泡能稳定存在，则包裹该气泡的水分被固定在气泡周围。如果气泡很细小、 数量足够多，则有相当多量的水分被固定，可泌的水分大大减少，使泌水率显 著降低。同时，如果泌水通道中有气泡存在，气泡犹如一个塞子，可以阻断通 道，使自由水分不能泌出。即使不能完全阻断通道，也使通道有效面积显著降 低，导致泌水量减少。含气量对泌水的影响非常重要，当然必须使用优质引气 剂，混凝土中的气泡能稳定存在，而且气泡足够细小。又因为气泡的润滑作用 可以有效减小颗粒间的摩擦阻力，引气的同时还可以改善混凝土的和易性。 4 减水剂对泌水的影响 根据减水剂的作用机理，极性分子吸附在水泥颗粒周围，使得颗粒之间相 互排斥，减少絮凝作用，释放被水泥颗粒包裹的水分，同时使水泥颗粒表面的 吸附水层变薄，所需的润湿水量大大减少。以此机理，减水剂会使新拌混凝土 中的可泌自由水量增加，使泌水增大。但是另一方面，由于减水剂的减水作用， 同样坍落度的混凝土所需的拌和水量大大减少，使混凝土中的可泌自由水量减 少。最终的泌水情况取决于哪种作用起主导作用。 5 施工对混凝土的影响 施工过程中影响混凝土泌水的主要因素是振捣，振捣过程中，混凝土拌和 物处于流态化状态，可使混凝土结构密实；如果振捣时间过长，粗细骨料因重 力作用而下沉，浆体和水分则上移，使离析加重，泌水增加。另外，混凝土振 捣或泵送混凝土，泵送过程中会使混凝土中气泡受到破坏，导致泌水增大。 6 通过外加剂改善混凝土的泌水 混凝土外加剂( 减水剂) 一般是有机高分子物质【3 】。有机高分子的分子量、 或者分子链长度直接影响其性能。如果减水剂的分子量较大、分子链较长，会 使混凝土的泌水减少，但是同时减水剂的减水率较低；如果分子量较小、分子 链较短，则使减水率增加，同时使混凝土的泌水率增大。有些减水剂在主分子 链上存在支链，无论主链支链，较长时会使混凝土泌水减水，但减水率也相应 降低，如果主链短而支链长，则会使泌水减少的同时，对减水率影响不大。一 般情况下，减水剂不是由单一分子量的分子组成，而是各种分子量的分子混合 组成。在既要减少泌水又要保证减水率的情况下，需要优化减水剂的分子量级 配，使得小分子和大分子物质达到最佳搭配关系。 目前的混凝土外加剂一般是复合型外加剂，生产一般分为两个过程，即合 4 武汉理工人学硕士学位论文 成过程和复配过程，合成过程中的改进如上所述，主要是优化有机高分子减水 剂的分子量级配。复配过程中，可以复合对改善泌水有利的组份，如适量的引 气剂或其他能减少泌水的物质。 1 1 3 混凝土泌水性国内外研究现状 目前，国内外都在研究水泥混凝土泌水问题，泌水对水泥混凝土的耐久性 等的影响太大。世界上许多国家，特别是发达国家高度重视此问题。美国、日 本、欧洲等已经能很好地控制其泌水，我国也在这方面取得了很大的进步，现 在大多使用高效减水剂来降低泌水影响，还有提高水泥的细度，掺细掺加料， 如硅粉、一级粉煤灰等。虽然取得了一些效果，但问题还没有根本解决【2 4 2 9 j 。 水泥混凝土的泌水是一个工程上常见的问题，可以说在目前水泥品种和施 工条件下，任何混凝土都存在着不同程度的泌水问题。但是在混凝土的施工过 程中，人们对泌水的影响认识不够，只重视混凝土的强度是否达到要求，是否 开裂。甚至有人认为，混凝土的泌水只是使混凝土表面产生砂线、砂斑、麻面 等，难看而已【3 0 1 。事实上泌水会使混凝土内部形成孔隙，影响混凝土的抗冻、 抗渗性能带来严重威胁，直接影响工程的安全和耐久性。特别是当大家把水泥 混凝土的耐久性看得十分重要的今天，由泌水形成的混凝土内部孔隙对水泥混 凝土工程的耐久性产生了很大的影响。这就需要对泌水问题做深入、系统的研 究，找出解决办法。 混凝土在捣实后仍然在塑性状态中，若使其不受扰动，通常在表面会出现 水。这种新混凝土内的拌和水的白发性流动，在其内部或向外泄出的现象，称 为泌水。 混凝土由水、胶凝材料、细骨料、粗骨料、外加剂等拌合硬化而成，质量 好新拌混凝土应该是所有组分及气泡分布均匀稳定。产生不均匀的情况有三种， 一是骨料沉底、浆体上浮，二是浆体沉底、骨料上浮，这两种情况即经常遇到 的混凝土离析，三是泌水即水分上浮逸出。产生不均匀的直接原因是各组分密 度不同导致沉降或上浮。前两种情况直接导致混凝土的宏观不均匀性。泌水后 的混凝土在宏观上仍然是均匀的，但是会导致混凝土上表面不均匀和内部局部 不均匀。 根据水分在混凝土中的存在状态，新拌混凝土中的水分可以划分为结合水、 润湿水与自由水。水泥中反应速度快的部分在加水以后可能会发生水化反应， 5 武汉理工大学硕士学位论文 消耗部分水，这部分水定义为新拌混凝土中的结合水，这部分水不能被邻近部 位的水分置换，也无法逸出拌和物；水遇到干燥状态的胶凝材料、骨料等以后， 胶凝材料和骨料表面会吸附一定量的水，使干燥的材料湿润，这部分水受到固 体材料表面的吸附，不能逸出拌和物，但是可以被邻近部位的水分置换，定义 这部分水为润湿水；新拌混凝土中其余的水分为自由水，在新拌混凝土中起润 滑的作用，这部分水与固体材料的联系较少，可以逸出混凝土，所有原材料中 水的密度最小，逸出以后上浮，形成泌水，这部分水也称为可泌水分。 水分要从混凝土内部泌出到表面，需要经过较长的距离，犹如经过弯弯曲 曲的微细水管，最后到达表面。如果各种颗粒级配好，堆积密实，孔隙微细， 则水分泌出需要经过的距离很长，阻力大，则会使泌水量减小。或者如果水分 泌出的通道被阻断，泌水量也会减小。 现在很多国家都已经意识到了泌水带来的危害，也都在想办法去解决。有 的从胶凝材料一水泥生产着手，以改善水泥的泌水性能；有的从水泥混凝土配 料着手，通过加外加剂及外掺细料来降低其泌水影响；等等手段只能有些效果， 但是泌水造成的影响还很大，还都在进一步研列1 1 , 3 1 , 3 2 】。 1 2 本课题研究的目的和意义 泌水是水泥混凝土经常出现的一种离析现象，泌水严重时会严重影响水泥 混凝土性能3 3 ，3 4 1 。水泥组成与性状对水泥泌水影响很大【3 5 , 3 6 】。国家标准规定用砂 浆法来检验水泥泌水性能。 建筑材料是土木工程的重要物质基础，根据预测，在相当长的一段时期， 水泥混凝土仍然是最主要的建筑材料。我国是一个发展中的国家，大规模的建 设正处于一个蓬勃发展的时期。民用住房建设，道路桥梁建设，机场建设，水 电工程建设等等，在相当长的时期内仍然有较大的规模，而这些建设仍然以混 凝土材料为主。因此，混凝土材料在建筑行业中占据了极其重要的地位，一直 受到人们的重视。 在混凝土工程的施工过程中，大家普遍关心的是混凝土的施工性能、物理 力学性能和耐久性能【3 2 3 7 - 3 9 】。而对混凝土在施工的过程中的泌水重视不够或解决 的办法不多、不好，对其产生的影响认识不透。也有工程人员认为泌水以后混 凝土中的实际水量下降，水灰比会有所降低，会使混凝土强度提高，对混凝土 6 武汉理_ t 大学硕十学位论文 有益。显然这种认识是不正确的，泌水会使混凝土结构不均匀，并且泌水本身 在混凝土中是不均匀的，肯定对混凝土是不利的。泌水部位会在混凝土中产生 缺陷，导致该部位强度降低而不是增加。因为，试验测试得到混凝土强度取决 于测试试件的最薄弱部位，泌水以后即使混凝土水灰比降低也是局部的，混凝 土中还是存在水灰比不变甚至由于泌水而使水灰比增加的部位，这部分强度的 下降会导致混凝土整体强降低。其实，泌水对混凝土强度的影响很有限，而对 混凝土耐久性的影响至关重要。从泌水的机理可知水分从混凝土内部泌出到 表面以后，在混凝土中形成了从内n ； t - 的通道。这些通道首先降低混凝土的抗 渗透能力，虽然这些通道很难直接或通过仪器观察到，但对于混凝土的抗渗透 性能影响很大，这一点对于有抗渗透性能要求的混凝土，如水工混凝土、海工 混凝土工程等非常重要。其次，泌水对混凝土的抗腐蚀能力、抗冻性能影响很 大，原因同样与泌水以后留下的通道有关，腐蚀性介质通过泌水通道很容易进 入混凝土内部，到达钢筋表面产生钢筋锈蚀，或者直接与水化产物发生腐蚀反 应；同样通过泌水通道使得混凝土内部很容易达到水饱和状态，高度饱和的混 凝土在冻融循环作用下劣化的速度很快，产生冻融破坏。 有些人甚至认为，混凝土的泌水不过是在混凝土表面留下一些流砂水纹， 难看而已。实际上，泌水不仅在混凝土表面产生砂线、砂斑、麻面等看得见的 现象，而且还会导致表面的塑性开裂，在石子的底部或侧面形成孔隙，并形成 泌水通道，轻者影响混凝土的美观，重者影p l a i n 整个混凝土结构的性能。 由于泌水也是离析的一种，故控制水泥泌水也即控制离析的技术显得尤为 重要。 通过本课题可以探明水泥组成、细度、混合材品种及其掺量对水泥泌水的 影响；同时也探寻了降低水泥泌水性的矿物外加剂及其使用技术。通过这些研 究结果能给水泥的实际生产很好的指导意见，而且使用性能好的水泥也更能得 到市场的青睐。 1 3 研究的目标和内容 1 研究目标： 实验研究材料细度、混合材种类、掺量、# i , j h 剂等对水泥泌水的影响； 提出解决问题的方法。 7 武汉理t 大学硕士学位论文 2 研究内容： ( 1 ) 水泥泌水产生原因及对水泥性能影响； ( 2 ) 水泥组成与性状对泌水影响； ( 3 ) 水泥泌水调控技术。 1 4 研究方法和技术路线 1 制定不同水泥配方来测试其稠度、流动度、泌水性； 2 通过水泥掺矿物外加剂来测试其稠度、流动度、泌水性、凝结时间、 强度； 3 根据实验结果找出对水泥泌水影响最明显的因素及确定水泥的最佳配 方； 4 根据实验结果确定矿物外加剂的最佳掺量及其原理。 武汉理上大学硕士学位论文 第2 章实验原材料及方法 2 1 实验原材料 本次实验材料统一备制，取自同时、同一批次。其中，熟料、矿渣、粉煤 灰、( 沸腾) 炉渣四种材料的细度分三个水平等级比表面积：3 0 0m 2 k g 、3 5 0 m 2 k g 、 4 0 0 m 2 k g ；石膏均使用同一个水平比表面积：3 5 0 m 2 k g ；均为c i ) 5 0 0 r a m x 5 0 0 m m 实验磨制备。具体如下： ( 1 ) 熟料 本次实验使用的熟料取自湖北某水泥厂。熟料实测三个等级比表面积为： 3 0 2m 2 k g 、3 51 m 2 k g 、4 0 5 m 2 k g ；其化学成分见表2 1 ，矿物组成见表2 - 2 。 表2 1 硅酸盐水泥熟料化学成分 ( 2 ) 矿渣 来自武钢的矿渣，矿渣实测三个等级比表面积为：3 0 5m 2 k g 、3 4 8 m 2 k g 、 4 0 3 m 2 k g ；其化学成分见表2 3 。 表2 3实验采用的矿渣化学成分 9 武汉理工大学硕十学位论文 ( 3 ) 粉煤灰 实验使用的粉煤灰取自武汉阳逻电厂。粉煤灰实测三个等级比表面积为： 3 0 8m 2 k g 、3 5 5 m 2 k g 、4 0 4 m 2 k g ；其化学成分见表2 - 4 。 表2 4 实验采用的粉煤灰化学成分 ( 4 ) ( 沸腾) 炉渣 实验使用的( 沸腾) 炉渣取自湖北应城某化工厂。炉渣实测三个等级比表 面积为：3 0 2m 2 蚝、3 4 8 m 2 l ( g 、4 0 1 m 2 k g ；其化学成分见表2 - 5 。 表2 5 实验采用的炉渣化学成分 ( 5 ) ( 天然) 石膏 取自湖北应城石膏矿。石膏实测比表面积为：3 5 5 m 2 蚝，s 0 3 含量4 0 。 ( 6 ) 砂 采用厦门艾思欧标准砂有限公司生产的中国i s o 标准砂，符合g b t1 7 6 7 1 。 ( 7 ) 膨润土 钙基、钠基、锂基三种膨润土，均由信阳市平桥区同创膨润土厂提供的成 品，比表面积： 大于5 0 0 m 2 k g 。 ( 8 ) 石灰石微粉 来自实验室。比表面积为：6 0 0 - - 8 0 0m 2 k g 。 1 0 武汉理一【：人学硕七学位论文 ( 9 ) 激发剂 实验室常备品，分析纯硫酸钠和氯化钠。 2 2 实验方法 2 2 1 稠度检验方法 本实验依据g b t1 3 4 6 - - 2 0 0 1 标准1 0 章来操作： 采用代用法测定水泥标准稠度用水量可用调整水量和不变水量两种方法 的任一种测定。 采用调整水量方法室拌和水量按经验找水，采用不变水量时拌和水量用 1 4 2 5 m l 。 称好5 0 0 9 水泥试样，并根据水泥的品种，混合材掺量，细度的等量好该 试样达到标准稠度时大致所需水量。 搅拌锅和搅拌叶片先用湿布擦过，将拌和水倒入搅拌锅内，然后在5 s - 1 0 s 内小心将称好的水泥加入水中，并防止水和水泥溅出。 拌和时，先将锅放在搅拌机的锅座上至搅拌位置，开动搅拌机，低速拌 和1 2 0 s ，停1 5 s ，同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮入锅中间，接着高速拌和1 2 0 s 停机。 拌和完毕，立即将净浆一次装入试模内，装入量壁锥模容量稍多一点， 但不要过多，然后用小刀插捣并轻轻振动数次，排除净浆表面气泡并填满模 内。 用小刀从模中心线开始分两下刮去多余的净浆，然后一次抹平后，并迅 速放到试锥下固定位置上。 将试锥降至与净浆表面接触，拧紧螺丝1 一- 2 s 后突然放松，让试锥自由沉 入净浆中，到试锥停止下沉或释放试锥3 0 s 时记录下沉深度。整个操作在搅拌 后1 5 m i n 内完成。 观察试锥下沉深度时，指针在标尺( p ) 的指示数，即为水泥试样的标 准稠度用水量。或根据下沉深度s ( m m ) ，按下式计算标准稠度用水量p ( ) ： p = 3 3 4 0 18 5 s 当试锥下沉深度小于1 3 m m 时，应该用调整水量法测定。 武汉理t 大学硕十学位论文 2 2 2 水泥凝结时间检验方法 本实验按g b t1 3 4 6 - - 2 0 0 1 标准8 章来操作。 2 2 3 水泥胶砂强度检验方法( i s o 法) 本实验按g b t1 7 6 7 1 - - 1 9 9 9 ( i s o 法) 标准来测试实验试块的抗折强度和 抗压强度。 2 2 4 水泥胶砂流动度测定方法 基本依据g b t2 4 1 9 - - 2 0 0 5 水泥胶砂流动度测定方法中的规定，具体： 按g b t1 3 4 5 1 9 9 9 矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸 盐水泥规定，火山灰水泥在强度试件成型前须测定胶砂流动度，只有流动度 1 8 0 m m 时，才能用0 5 0 水灰比，否则须提高制备胶砂时所用的水灰比，该水 灰比能使胶砂流动度值1 8 0 m m ，其他品种水泥，如铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥， 铁铝酸盐水泥也都需要在成型试件之f j 测定流动度，因此流动度测定的准确性 直接影响强度的实验结果。 ( 一) 胶砂流动度的测定 ( 1 ) 测定水泥胶砂流动度用的跳桌，截锥模，圆柱捣棒等应符合g b t2 4 1 9 呻4 水泥胶砂流动度测定方法中的规定。 ( 2 ) 实验室的温度，湿度，胶砂搅拌机，水平精度，量水器精度，水泥试 样，标准砂，试验用水均须符合g b t1 7 6 7 1 1 9 9 9 水泥胶砂强度检验方法( i s o 法) 中的规定。 ( 3 ) 拌和每锅胶砂的材料量：水泥4 5 0 9 ，标准砂1 3 5 0 9 ，水量按不同水泥 标准中要求的起始水灰比计算加水量。 ( 4 ) 胶砂搅拌按g b t1 7 6 7 1 中6 3 条进行。 ( 5 ) 在搅拌胶砂的同时将圆锥模及模套，捣棒，跳桌玻璃板台面用潮湿毛 巾擦湿，放在台面中心上，然后用潮湿毛巾盖好。 ( 6 ) 将已拌和好的胶砂迅速地分两层装入圆锥模内。第一层装至圆模高的 三分之二处，用餐刀在垂直两个方向各划实5 次，再用圆柱捣棒自边缘至中心 均匀捣压1 5 次( 沿圆锥模内径边缘捣压1 0 次，往里第二圈捣压4 次，中心1 次) 。接着装第二层胶砂，装至高出圆锥模约2 c r n ，同样用餐刀各划实5 次，再 1 2 武汉理t 大学硕士学位论文 用圆柱捣棒自边缘至中心均匀捣压l o 次( 外圈7 次，内圈3 次) 。 装胶砂和捣压时，要一手扶压圆锥模，捣压时切勿使圆锥模移动。 ( 7 ) 捣压完毕，取下模套，用餐刀将高出圆锥模的胶砂刮去抹平，抹平后 将圆锥模垂直向上徐徐提起，然后用手握手轮摇柄或启动开关以每秒种约一转 的速度，连续摇动3 0 转。 ( 8 ) 跳动完毕，用卡尺按跳桌台面上垂直的“十”字方向测量水泥胶砂底 部扩散直径，取相垂直的两直径的平均值为该加水量的水泥胶砂流动度结果。 ( 9 ) 水泥胶砂流动度的检验从加水拌和时算起，全过程在5 m i n 内完成。 ( 二) 影响流动度试验结果的主要因素 ( 1 ) 跳桌跳动部分的总质量，其中包括圆盘，推杆，拖轮，玻璃板，卡子 及挚纸总质量为3 4 5 o o l k g 。在使用中应严格控制。 ( 2 ) 跳桌可跳动部分的落距为1 0 + 0 1 m m 。推杆与支撑孔之间能自由滑动， 推杆在上下滑动时，应处于垂直状态。今后要求制造厂生产专用测量尺用以测 定落距。落距不符合规定要求时，可调整推杆上端螺纹与圆盘底部连接处的螺 纹距离。 ( 3 ) 跳桌安装基座为整体结构，由混凝土浇注而成，厚度不低于5 0 0 m m ， 跳桌应用m i o 螺纹固定在混凝土基座上，桌面应呈水平状态，跳桌底座下面不 允许加任何衬垫。 2 2 5 水泥的保水率试验方法 保水性和泌水性实际上是指一件事的两个相反现象，依据文献【矧，砂浆保 水率试验方法具体如下： 1 、原理 规定流动度下的新拌砂浆，用滤纸做地层，按规定的方法进行吸水处理。 砂浆的保水率就是吸水处理后砂浆中保留水的质量，并用原始水量的质量百分 数来表示。 2 、仪器和设备 一刚性试模，圆行，内径l o o m m + l m m ，内部深度2 5 m m l m m ； 一刚性底板，圆形，无孔，直径1 l o m m + 5 m m ，厚度5 m m l m m ； 干燥滤纸，直径为1 0 0 i l m l m m ； 一滤网，圆形，直径为1 0 0 n 1 1 l l l m m ； 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 一金属刮刀； 一天平，量程为2 k g 并能精确到o 1 k g ； 一铁砣，质量为2 k g 。 3 、操作步骤 3 1 将空的干燥的试模称重，精确到o 1 9 ；将8 张未使用的滤纸称重精确到 0 1 9 。 3 2 称取4 5 0 9 + 2 9 水泥，1 3 5 0 9 5 9 l s o 标准砂和2 2 5 9 l g 水，按g b t1 7 6 7 1 制备砂浆，并按本章2 2 4 ( g b t2 4 1 9 ) 测定砂浆的流动度，调整水量以流动度 在( 1 8 0 - - - 1 9 0 ) m m 范围内的用水量为准。 3 3 当砂浆的流动度在( 1 8 0 , - - - 1 9 0 ) m m 范围内时，将搅拌锅中剩余的砂浆 在低速下重新搅拌1 5 s ，然后用刮刀将砂浆装满试模并抹平表面。 3 4 将装满砂浆的试模称量准确到o 1 9 。用滤网盖住砂浆表面，并在滤网顶 部放上8 张己称量的滤纸，滤纸上放上刚性底板，将试模倒放在一平面上并在 倒转的试模底上放上质量为2 k g 的铁砣。3 0 0 s + 5 s 后拿掉铁砣，再倒放回去，去 掉刚性底板、滤纸和滤网，并称量滤纸精确到o 1 9 。 3 5 重复试验一次。 4 、保水率的计算 先计算试验中砂浆的质量( w u ) ，再按下式计算保留的水量： z = y ( w - u ) ( 13 5 0 + 4 5 0 + y ) 其中：u 一空模的质量，g ； w 一装满砂浆的试模的质量，g ； 1 卜一制备流动度值为( 1 8 0 - - - 1 9 0 ) m m 的砂浆的用水量，g 。 再按下式计算保水率，即总水量的质量百分数： 其中：v _ 一吸水前8 张滤纸的质量，g ； x _ 一吸水后8 张滤纸的质量，g ； z 一吸水前砂浆中的水量，g 。 1 4 ( 2 - 1 ) ( 2 2 ) 武汉理工大学硕士学位论文 计算两次试验的保水率的平均值，并近似到1 。如果两个单独的值与平均 值的偏差 2 ，重复试验，再用一批新拌的砂浆作两组试验。 2 2 6 扫描电镜测试 扫描电子显微镜( s e m ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ) 形貌观察，从破 型后的试块中取出块状试样，用导电胶将样品粘贴在铜质样