氯离子掺量对硅酸盐水泥和复合水泥浆体流变性能的影响
李嘉琳
【摘 要】为实现海砂的直接使用,对不同氯离子掺量对PⅡ水泥和复合水泥在标准稠度用水量、凝结时间和流变性能的影响进行研究.结果表明:随着氯离子含量的增加,PⅡ水泥的标准稠度用水量上升,复合水泥的标准稠度用水量下降;PⅡ水泥和复合水泥浆体均出现促凝现象;PⅡ水泥和复合水泥浆体均属于宾汉姆模型,相关性良好;氯离子对复合水泥浆体的影响较大且其流变参数均大于PⅡ水泥,在水灰比一样的条件下,复合水泥浆体的工作性能较差.%A large number of construction projects results in lack of river sand.For directly using sea sand, the effects of sodium chloride on water requirement of normal consistency, setting time and the rheological properties of Portland cement and blended cement have been studied.The results indicated that the water
requirement of normal consistency of Portland cement increases, however, it decreases for blended cement with the increase of chloride ion
content.The cement setting time is shortened with the addition of sodium chloride.Portland cement and blended cement paste belong to the Bingham model, and correlation coefficient is high. 【期刊名称】《广东水利水电》 【年(卷),期】2017(000)005 【总页数】5页(P56-59,65)
【关键词】氯离子;流变性能;硅酸盐水泥;复合水泥
【作 者】李嘉琳
【作者单位】广东省水利水电科学研究院,广东省水利重点科研基地,广东 广州 510635
【正文语种】中 文 【中图分类】TU528.44
1824年波特兰发明水泥，被广泛应用于桥梁，市政，房屋建筑等各个领域。近200 a间，研究学者对其性能的研究认识不断加深，形成相应的体系，但是，随着水泥的不断发展，应用范围不断加深，不可避免带来河沙资源的紧缺。对于沿海城市而言，海砂资源丰富，如果海砂可以代替河沙应用与混凝土中，将可以缓解河沙资源的紧缺，同时就近取材可降低成本。然而，海砂中的氯离子对混凝土的力学性能、工作性能和耐久性能将会产生一定的影响[1-2]，氯离子会与胶凝材料和水化产物发生物理化学反应从而对混凝土产生影响。混凝土流变学是研究新拌混凝土工作性能的重要方法[3-7]，为促进海砂混凝土的发展，本试验针对混凝土的工作性能出发，研究氯离子对PⅡ水泥和复合水泥标准稠度用水量、凝结时间和流变性能的影响，研究结果对于促进海砂混凝土的应用具有重要意义。 2.1 试验原材料
珠江水泥厂生产的PII 42.5硅酸盐水泥和矿渣复合水泥，矿渣复合水泥中矿渣掺量为40%，水为自来水。2种胶凝材料化学组成如表1所示。 2.2 试验方法
2.2.1 标准稠度用水量和凝结时间试验方法
根据GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性》进行试验。 2.2.2 流变试验方法
本实验根据流变学原理，使用流变仪(Brookfield公司RS-SST Rhenometer)进行PⅡ水泥和复合水泥的流变试验，测得浆体在各剪切速率下的剪切应力和塑性黏度，获得τ-γ和η-γ曲线。流变试验程序分为预剪切和数据采集两部分，预剪切过程目的在于数据采集阶段前保持浆体性能的一致性；数据采集过程，剪切速度在一定时间内内从0上升到20 s-1，然后在相同的时间内下降为0，共获得100数据。流变试验配比如表2所示。
本试验用ORIGIN对η-γ图中下降阶段的数据进行拟合分析，采用宾汉姆流体模型分析PⅡ水泥和复合水泥浆体，宾汉姆流变学基本公式： τ=τ0+ηγ
式中 τ为净浆拌合物实际剪应力，Pa；τ0为剪切屈服应力，Pa；η为黏度系数，Pa·s；γ为净浆拌合物剪切速率，s-1。
当剪切应力小于剪切屈服应力时，浆体只发生弹性形变，不会产生流动；当剪切应力大于屈服应力时，浆体会产生流动。 3.1 氯离子对标准稠度用水量和凝结时间的影响
氯离子对PⅡ水泥和复合水泥标准稠度用水量的影响如图1所示，对凝结时间的影响如表3所示。
由图1可知，氯离子对PⅡ水泥和复合水泥的影响效果截然相反。随着氯离子含量的增加，PⅡ水泥浆体的标准稠度用水量缓慢增加，而复合水泥逐渐降低，且复合水泥的标准稠度用水量偏大。
由表3可知，氯离子对PⅡ水泥和复合水泥的影响效果一样，随着氯离子含量增加，凝结时间均逐渐减小即出现促凝现象，是由于氯离子可以促进PⅡ水泥和复合水泥孰料中C3A和C3S水化的缘故。 3.2 氯离子对流变曲线的影响
氯离子对浆体流变曲线的影响如图2和图3所示。由图2可知：① 浆体的剪切应
力均随着剪切速率的增加而增加；② 剪切应力随着氯离子含量的增加略有降低；③ 复合水泥的剪切应力大于PⅡ水泥。由图3可知：浆体的塑性黏度随着剪切速率的增加而降低，随着氯离子含量的增加略有降低。 3.3 氯离子对流变参数的影响
用ORIGIN对数据进行拟合，结果见表4所示。由表4可知，PⅡ水泥和复合水泥流体模型为宾汉姆流体模型，相关性良好，相关系数达0.96以上。 3.4 氯离子含量对剪切屈服应力的影响
氯离子对剪切屈服应力的影响如图4所示。由图4可知，随着氯离子含量的增加，PⅡ水泥的剪切屈服应力呈现出缓慢降低的规律；复合水泥则是先增加后降低的规律。复合水泥的剪切屈服应力远大于PⅡ水
泥，剪切屈服应力τ0是浆体由静止状态转变为流动状态所需最小的力，由浆体内部颗粒之间的附着力和摩擦力引起，在0.5水灰比条件下，复合水泥比较粘稠，浆体屈服应力比较大，不利于泵送，工作性能较差。 3.5 氯离子对塑性黏度系数的影响
氯离子对塑性黏度系数的影响如图5所示。由图5可知，随着氯离子含量的增加，PⅡ水泥的塑性黏度系数基本不变；复合水泥呈现出先降低后增加的规律，是由于其标准稠度需水量有所降低的缘故。塑性黏度系数η是拌合物内部阻碍其流动的一种性能，支配拌合物的流动性能，复合水泥的塑性黏度系数远大于PⅡ水泥，是由于一方面在0.5水灰比条件下，复合水泥比较粘稠；另一方面复合水泥标准稠度需水量较大，在相同水灰比条件下，复合水泥的工作性能较差。 3.6 氯离子对触变环面积的影响
氯离子对触变环面积的影响如图6所示。由图6可知，PⅡ水泥的触变环面积随着氯离子含量的增加呈现出先增加后降低的趋势；复合水泥则呈现出快速降低的趋势。触变环面积用来表征浆体内部阻碍流动的絮凝结构和网状结构数量的多少，以及浆
体产生流动过程中破坏絮凝结构和网状结构所需能量的大小。复合水泥的触变环面积远大于PⅡ水泥，即表明浆体的絮凝结构较多。
1) 随着氯离子含量增加，PⅡ水泥的标准稠度需水量上升，复合水泥标准稠度需水量下降；PⅡ水泥和复合水泥浆体的凝结时间均缩短，即出现促凝现象。 2) PⅡ水泥和复合水泥浆体属于宾汉姆模型，相关系数达0.96以上。
3) 随着氯离子含量的增加，PⅡ水泥的剪切屈服应力缓慢下降，塑性黏度系数基本不变，触变环面积先降低后增加的规律；复合水泥的剪切屈服应力先上升后降低，塑性黏度系数规律性不明显，触变环面积迅速下降。
4) 复合水泥浆体的流变参数均大于PⅡ水泥，其工作性能较差。
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