水泥與多種高效減水劑相容性的統(tǒng)計性研究

摘要：使用日本的凈漿流動度檢驗方法—— T 法流動度，對10 種高效減水劑與5 種水泥之間的相容性進行了交叉試驗，旨在考察水泥與高效減水劑的相容性結(jié)果是否具有統(tǒng)計學的規(guī)律。結(jié)果顯示，在本試驗抽取樣品范圍內(nèi)，無論是多個高效減水劑對水泥的相容性，還是多個水泥對高效減水劑的相容性，均具有很好的一致性，即相容性較差的高效減水劑對所有水泥的相容性均相對較差；相容性較差的水泥對所有高效減水劑的相容性均相對較差。

關(guān)鍵詞：水泥；高效減水劑；相容性；交叉試驗；T 法流動度；評價

0 引言

      隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，高效減水劑在混凝土中的應(yīng)用越來越廣泛。水泥與高效減水劑的相容性是水泥生產(chǎn)廠家十分關(guān)注的問題，對此已有許多研究[1～7]。以往的研究所使用的高效減水劑和水泥樣品的數(shù)量十分有限，無法判斷某種水泥對多種高效減水劑和某種高效減水劑對多種水泥的相容性。本文選取了5 個水泥樣品和10 個高效減水劑樣品，對水泥與多種高效減水劑的相容性進行了交叉試驗，以期得到一些令人關(guān)注的具有統(tǒng)計學意義的結(jié)果。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

      水泥：在華北、東北地區(qū)的市場上抽取4 個大型  預分解窯水泥廠生產(chǎn)的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥樣品，和1 個符合GB/T 8077—2000 要求的基準 水泥?；瘜W成分見表1，物理性能見表2。水泥1、水泥3 為P·Ⅱ 42.5R 水泥，水泥2、水泥4 為P·O 42.5R 水泥，水泥5 為基準水泥。

      高效減水劑：在華北、東北地區(qū)的預拌混凝土攪拌站抽取了4 個高效減水劑樣品；中國外加劑協(xié)會提供3 個樣品；外加劑生產(chǎn)廠家提供2 個樣品；1 個日本花王公司高效減水劑( 萘系) 樣品，是日本用于進行水泥與高效減水劑相容性試驗的基準減水劑。所用高效減水劑樣品均為液體。編號JP 為日本基準高效減水劑，編號1、2、6 為聚羧酸高效減水劑，編號3、4、5、7 為萘系高效減水劑，編號8 為氨基磺酸鹽高效減水劑，編號9 為三聚氰胺高效減水劑。

1.2 試驗方法

      目前國內(nèi)評價高效減水劑與水泥的相容性較多采用GB/T8077—2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》中規(guī)定的水泥凈漿流動度法。但筆者的另一項研究表明[8]，該方法與混凝土的流變性能沒有很好的相關(guān)性。因此，本文采用了日本的T 法流動度試驗方法，其原理與GB/T 8077—2000 的方法相同，在日本被廣泛用于檢驗水泥與高效減水劑的相容性。出于沿用日本方法規(guī)定的考慮，不同種類的高效減水劑摻入量沒有區(qū)別對待。該方法概述如下：

1)稱取1000.0g 水泥樣品，放入攪拌鍋中。稱取12.00g 減水劑和288.0g 水放入300ml 燒杯中，攪拌均勻。

2)將減水劑溶液一次加入水泥中，開始計時，用攪拌勺手工攪拌2min。

3)攪拌好的水泥凈漿放入已經(jīng)置于流動度跳桌的流動度圓模中( 圓模為截錐形，上口Φ70mm，下口Φ100mm，高度60mm) ，用直尺刮平流動度圓模中的水泥凈漿。

4) 2.5min 時將流動度圓模輕輕提起，并在水泥凈漿上面停留10s。將流動度圓模上的水泥凈漿放回攪拌鍋。

5) 4min 時，以1 次/s 的速度轉(zhuǎn)動流動度跳桌跳動轉(zhuǎn)盤，連續(xù)跳動15 次。立即使用游標卡尺測定互相垂直的2 個方向的水泥凈漿的直徑，精確到1mm。

6)計算2 次水泥凈漿直徑的平均值。此數(shù)值為初始流動度。

7)用橡膠刮板將流動度跳桌上的水泥凈漿全部回收到攪拌鍋內(nèi)，并用濕布苫蓋存放。

8)11min 時將水泥凈漿攪拌1min。

9) 12min 時起按照上述步驟3) ～6) 的操作方法和時間間隔，測定水泥凈漿的經(jīng)時流動度。

10) 殘存率計算方法：

殘存率(%) =( 經(jīng)時流動度/初始流動度) ×100%

2 試驗結(jié)果與討論

使用5 個水泥樣品，10 個高效減水劑，共進行50 個T 法流動度試驗，結(jié)果見表3。

2.1 不同水泥的凈漿初始流動度各高效減水劑對應(yīng)不同水泥的凈漿初始流動度

對比如圖1 所示。

      表3 最下一行的平均值表明，凈漿初始流動度平均值最大的是水泥3 和水泥4，均為370mm；其次是水泥1，為335mm；最小的是水泥2，為284mm。對比圖1 同一高效減水劑時各水泥凈漿流動度的高低，水泥3 有4 種高效減水劑的水泥凈漿初始流動度為最高值，有5 種高效減水劑為次高值，1 種高效減水劑為中間值；水泥4 有6 種高效減水劑的水泥凈漿初始流動度為最高值，有3 種高效減水劑為次高值，1 種高效減水劑為中間值;水泥2 對于9 種高效減水劑的水泥凈漿初始流動度為最低值，1 種高效減水劑為次低值。

     按初始流動度這一指標評價，5 種水泥對于10 種高效減水劑的相容性均表現(xiàn)了很好的一致性，相容性好的水泥基本上對每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對較好的相容性，相容性差的水泥對每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對較差的相容性。對于同一種聚羧酸高效減水劑，不同水泥的相容性差別相對較小，證實了聚羧酸高效減水劑具有較廣泛的適應(yīng)性。

2.2 不同水泥的凈漿經(jīng)時流動度

      各高效減水劑對應(yīng)不同水泥的凈漿經(jīng)時流動度對比如圖2 所示。

     表3 最下一行的平均值表明，經(jīng)時流動度平均值最大的是水泥4，為392mm；最小的是水泥5，為285mm。

     對比圖2 同一高效減水劑各水泥凈漿流動度的高低，水泥4 有9 種高效減水劑的凈漿經(jīng)時流動度為最高值，有1 種高效減水劑接近次高值；水泥5 有8 種高效減水劑的凈漿經(jīng)時流動度為最低值或接近最低值，有1 種高效減水劑為中間值。按經(jīng)時流動度這一指標評價，5 種水泥對于10 種高效減水劑的相容性均表現(xiàn)了很好的一致性，相容性好的水泥對每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對較好的相容性，相容性差的水泥基本上對每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對較差的相容性。與初始流動度比較，不同水泥對同一高效減水劑的經(jīng)時流動度差別較大。

2.3 不同水泥的凈漿流動度殘存率

     各高效減水劑對應(yīng)的不同水泥的凈漿流動度殘存率對比如圖3 所示。

      殘存率與混凝土的保塑性相關(guān)。殘存率≥100% 表示該水泥新拌混凝土的流變性能不會在短時間內(nèi)變差，<100%則相反。與初始流動度和經(jīng)時流動度比較，殘存率沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。表3 最下一行的平均值表明，水泥1、水泥2 和水泥4 的殘存率基本接近，均>100%，水泥3 和水泥5 的殘存率接近，均<100%。水泥2 對于3 種聚羧酸高效減水劑均呈現(xiàn)了很好的保塑性，水泥4 對多數(shù)高效減水劑都呈現(xiàn)了較好的保塑性，特別是對于氨基磺酸鹽和三聚氰胺高效減水劑表現(xiàn)了很好的保塑性。

      按殘存率這一指標評價，試驗結(jié)果提示水泥與高效減水劑的相容性有可能存在一一對應(yīng)的關(guān)系。2.4 不同高效減水劑的水泥凈漿初始流動度各水泥對應(yīng)不同高效減水劑的凈漿初始流動度如圖4 所示。

      表3 初始流動度平均值一列數(shù)據(jù)顯示，各種高效減水劑對應(yīng)的水泥凈漿的初始流動度平均值差別顯著。初始流動度平均值最大的是1 號高效減水劑，為443mm；其次為2 號高效減水劑，為416mm；初始流動度平均值最小的是9 號高效減水劑，為292mm；次小值是7 號高效減水劑，為309mm。

      對比圖4 同一水泥對應(yīng)不同高效減水劑的凈漿初始流動度的高低，1 號高效減水劑有4 種水泥的凈漿初始流動度為最高值，有1 種水泥為次高值；9 號高效減水劑有3 種水泥的凈漿初始流動度為最低值，有2 種水泥為次低值。

      按初始流動度這一指標評價，10 種高效減水劑對5 種水泥的相容性均表現(xiàn)了較好的一致性，相容性好的高效減水劑對每一種水泥均表現(xiàn)相對較好的相容性，相容性差的高效減水劑對每一種水泥均表現(xiàn)相對較差的相容性。

      對于同一種水泥，不同高效減水劑對水泥的凈漿初始流動度差別較大。不同高效減水劑之間質(zhì)量差別明顯，聚羧酸高效減水劑具有優(yōu)秀的減水效果得到證實。

2.5 不同高效減水劑的水泥凈漿經(jīng)時流動度

       各水泥對應(yīng)不同高效減水劑的凈漿經(jīng)時流動度如圖5 所示。

      表3 經(jīng)時流動度平均值一列數(shù)據(jù)顯示，各種高效減水劑對應(yīng)的水泥凈漿經(jīng)時流動度平均值差別顯著。經(jīng)時流動度平均值最大的是2 號高效減水劑，為468mm；其次為1 號高效減水劑，為419mm；最小的是9 號高效減水劑，為280mm；次小值是7 號高效減水劑，為286mm。

      對比圖5 同一水泥對應(yīng)不同高效減水劑的凈漿經(jīng)時流動度的高低，2 號高效減水劑有3 種水泥的凈漿經(jīng)時流動度為最高值，有1 種水泥接近次高值；9 號高效減水劑有4 種水泥的凈漿經(jīng)時流動度為最低值，有1 種水泥接近次低值。

     按經(jīng)時流動度這一指標評價，10 種高效減水劑對5 種水泥的相容性均表現(xiàn)了較好的一致性，相容性好的高效減水劑對每一種水泥均表現(xiàn)相對較好的相容性，相容性差的高效減水劑對每一種水泥均表現(xiàn)相對較差的相容性。

       與初始流動度比較，對于同一種水泥，不同高效減水劑對水泥的經(jīng)時流動度規(guī)律性較差。對于10 種高效減水劑按初始流動度和經(jīng)時流動度的評價結(jié)論基本一致。

2.6 不同高效減水劑的水泥凈漿流動度殘存率

      各水泥對應(yīng)不同高效減水劑的凈漿流動度殘存率如圖6 所示。

      表3 殘存率平均值一列數(shù)據(jù)顯示，殘存率平均值最高的是6 號高效減水劑，為116.8%，最低的是7 號高效減水劑，為92.8%。

     對比圖6 同一水泥對應(yīng)不同高效減水劑的凈漿流動度殘存率的高低，6 號高效減水劑有3 種水泥的殘存率為最高值，1 種水泥為次高值。其余9 種高效減水劑對5 種水泥的殘存率沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

      按殘存率這一指標評價，10 種高效減水劑對5 種水泥的相容性沒有表現(xiàn)出很好的一致性，多數(shù)高效減水劑存在對水泥相容性的個體差異，并且這一差異的數(shù)值很大。2 號、6 號聚羧酸高效減水劑表現(xiàn)了較高的殘存率，證實了聚羧酸高效減水劑具有很好的保塑性。

2.7 高相容性水泥與高相容性高效減水劑組合的初始流動度和經(jīng)時流動度

     表3 數(shù)據(jù)表明，按初始流動度評價的高相容性水泥是水泥3、水泥4，高相容性高效減水劑是1 號，水泥4 與1 號高效減水劑組合的初始流動度為499mm，水泥3 與1 號高效減水劑組合的初始流動度為459mm，分別為所有初始流動度試驗數(shù)據(jù)的最高值和次高值。按經(jīng)時流動度評價的高相容性水泥是水泥4，高相容性高效減水劑是2 號，二者組合的經(jīng)時流動度為431mm，在所有經(jīng)時流動度試驗數(shù)據(jù)中處于較好水平。

2.8 低相容性水泥與低相容性高效減水劑組合的初始流動度和經(jīng)時流動度

      表3 數(shù)據(jù)表明，按初始流動度評價的低相容性水泥是水泥2，低相容性高效減水劑是9號，二者組合的初始流動度為247mm，為所有經(jīng)時流動度試驗數(shù)據(jù)的次低值。按經(jīng)時流動度評價的低相容性水泥是水泥5，低相容性高效減水劑是9 號，二者組合的經(jīng)時流動度為222mm，是所有經(jīng)時流動度試驗數(shù)據(jù)的最低值。

3 對試驗結(jié)果的若干說明

1) 鑒于目前使用高效減水劑最為普遍的是預拌混凝土攪拌站，而預拌混凝土攪拌站很少使用立窯廠或小廠生產(chǎn)的水泥，因此，本次試驗的水泥樣品沒有包括立窯或小廠生產(chǎn)的水泥。本文以外的試驗證實，立窯或小廠生產(chǎn)的水泥對高效減水劑的相容性，較大型水泥廠的水泥有明顯差距。

2) 不同種類的高效減水劑具有不同的飽和摻入量，試驗時如果使用該類高效減水劑的飽和摻入量或接近飽和摻入量，得到的T 法流動度數(shù)據(jù)可能會使不同種類減水劑的區(qū)別更加明顯。本文為了得到多個水泥和不同種類高效減水劑的統(tǒng)計性試驗結(jié)果，同時考慮今后試驗方法的標準化，采用了統(tǒng)一的高效減水劑摻入量，且小于飽和摻入量。

4 結(jié)論

1) 以初始流動度和經(jīng)時流動度評價，5 種水泥對于10 種高效減水劑的相容性表現(xiàn)了很好的一致性，在本試驗抽取的樣品范圍內(nèi)，相容性好的水泥，對每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對較好的相容性；相容性差的水泥，對每一種高效減水劑均表現(xiàn)相對較差的相容性。

2) 以初始流動度和經(jīng)時流動度評價，10 種高效減水劑對5 種水泥的相容性表現(xiàn)了很好的一致性，在本試驗抽取的樣品范圍內(nèi)，相容性好的高效減水劑，對每一種水泥均表現(xiàn)相對較好的相容性；相容性差的高效減水劑，對每一種水泥均表現(xiàn)相對較差的相容性。

3) 以初始流動度和經(jīng)時流動度評價，不同水泥對于同一種高效減水劑的相容性差別較小，不同高效減水劑對于同一種水泥的相容性差別較大。高效減水劑對相容性的影響，高于大型預分解窯水泥廠水泥對相容性的影響。聚羧酸高效減水劑的減水效果明顯高于萘系、三聚氰胺和氨基磺酸鹽類高效減水劑。

4) 以殘存率評價，沒有得到相容性方面具有規(guī)律性的結(jié)論,并且提示，在保塑性方面有可能存在水泥與高效減水劑一一對應(yīng)的關(guān)系。

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