熟料和矿渣比表面积与水泥浆体流变性的线性关系

　　目前，国内外许多水泥企业都面临着水泥工作性能差的问题，这直接关系到水泥的销售和企业的经济效益，阻碍了水泥和混凝土工业的发展。水泥的工作性能问题已经引起了越来越多业内人士的关注，而水泥净浆的流变性又是其工作性一个重要方面。本文就矿渣和熟料的比表面积对水泥净浆流变性的影响进行了研究，同时考察了其强度、凝结时间、标准稠度用水量等指标，供参考。

　　1 试样的制备及试验方法
　　1.1 试样的制备
　　1)原材料
　　熟料和矿渣均取自冀东水泥厂，其化学成分见表1和表2，熟料矿物组成和率值见表3。

表1 熟料的化学成分%

表2 矿渣的化学成分%

表3 熟料的矿物组成与率值

　　2) 水泥的制备
　　固定水泥的配比(熟料65％,矿渣30％,石膏5％)和矿渣的比表面积(300m2/kg)，与不同比表面积的熟料(见表4)混合均匀，制备成不同的水泥试样。另外,以相同方法制备不同比表面积矿渣的水泥试样(固定熟料的比表面积为330m2/kg)。熟料和矿渣的比表面积见表4。

表4 熟料和矿渣比表面积 m²/kg

　　1.2 试验方法
　　1) Marsh筒法
　　净浆水灰比为0.4，水泥用量为400g。用净浆搅拌机搅拌2min后，再人工搅拌2min，然后将净浆加入Marsh筒内，筒出口用玻璃板控制浆体的流出，抽玻璃板的同时用秒表计时，测量浆体流满200mL容量瓶所用的时间。

　　2)微型坍落度筒法
　　按照GB/T8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》的规定进行。将刚测完Marsh时间的水泥净浆倒人微型坍落度筒内，按照标准规定进行操作，测量净浆的扩展直径。

　　2 试验结果及分析
　　2.1 熟料和矿渣的比表面积对水泥浆体流变性的影响
　　1) 熟料
　　熟料比表面积对水泥净浆流动度和水泥净浆Marsh时间的影响分别见图1和图2。

图1  熟料比表面积对水泥净浆流动度的影响

图2  熟料比表面积对水泥净浆Marsh时间的影响

　　由图l和图2可见，随着熟料比表面积的增大，水泥净浆流动度降低，Marsh时间增大。当熟料比表面积为468m2/kg时，净浆流动度已经很小，而此时的Marsh时间已无法测量(试验中未测量)，即浆体的流变性已经很差。这说明水泥净浆的流变性随熟料比表面积的增大而明显降低。

　　在试验条件下，水泥净浆流动度L、Marsh时间T与熟料比表面积S之间的数量关系为：

　　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) 矿渣
　　矿渣比表面积对水泥净浆流动度和水泥净浆Marsh时间的影响分别见图3和图4。

　　由图3和图4可见，随着矿渣比表面积的增大，净浆流动度减小，Marsh时间增大，水泥浆体流变性降低。

　　在试验条件下，浆体流动度L、Marsh时间T与矿渣比表面积S也呈线性关系：

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

图3  矿渣比表面积对水泥净浆流动度的影响

图4  矿渣比表面积对水泥净浆Marsh时间的影响

　　3) 试验结果分析
　　从水化反应的角度来看，不管是熟料或者矿渣，比表面积越大，颗粒缺陷越多，配制的水泥活性越大，水化速度越快，水化初期形成的水化产物越多，这些水化产物相互搭接，提高了浆体黏度，增大了剪切应力，使得水泥浆体流变性变差；其次，从表面物理作用的角度来看，比表面积越大，比表面能也越大，导致表面吸附水量大，因而降低了水泥浆体流变性。所以，上面的试验结果无论是熟料还是矿渣，随着比表面积的增大，水泥浆体流变性都降低。

　　而对于熟料和矿渣，这两种作用的大小又有所区别。熟料比表面积每增大50m²/kg，5min之前浆体流动度降低了约10mm，5min之后浆体流动度降低了约7.4mm；矿渣比表面积每增大50m²/kg，5min之前浆体流动度降低了约2.4mm，5min之后浆体流动度降低了约2mm。即熟料比表面积对水泥浆体流变性的影响远大于矿渣比表面积的影响。这是因为熟料本身水化很快，因此比表面积增大时，前一种作用(水化反应)更明显；矿渣本身水化极其缓慢，随着比表面积的增大，虽然水化速度也有所加快，但对水化反应的加快作用远不如熟料大，主要是后一种作用对浆体的流变性产生影响。因此，熟料比表面积对水泥浆体流变性的影响要大于矿渣比表面积的影响。

　　2.2 优选样的强度、凝结时间和标准稠度用水量
　　为了增强研究的实用性，这里从前面的试验中选出几组流变性较好的试样，做强度试验，验证强度是否合格，并进一步作了凝结时间、标准稠度用水量试验，为企业生产提供更多的参考数据，见表5。在试验中，抗压强度为净浆小试体强度，试体规格为3cm×3cm×5cm，水灰比0.26，标准养护。

　　表5 优选样的凝结时间、标准稠度用水量和抗压强度

　　从表5的结果可见，优选样的凝结时间和标准稠度用水量与前面的净浆流变性测试结果基本一致。而水泥强度与流变性的关系如下：U3与U1相比，矿渣比表面积由272m²/kg增大到326m/kg，3d抗压强度提高了5.6%，28d抗压强度提高了5.9%；而对应的30min流动度降低了8.2%。U3与U2相比，熟料的比表面积由265m²/kg增大到329m²/kg，3d抗压强度提高了9.6%，28d抗压强度提高了11.4%；而对应的30min流动度降低了11.8%。

　　以上数据分析显示了强度、流变性与物料的比表面积的关系：当水泥的强度合格，而流变性较差时，可优先考虑减小熟料的比表面积。

　　3  结论
　　在试验条件下，水泥净浆流动度与熟料、矿渣比表面积呈线性负相关关系：熟料比表面积每增大50m²/kg，5min之前净浆流动度降低了约10mm，5min之后净浆流动度降低了约7.4mm；矿渣比表面积每增大50m²/kg，5min之前净浆流动度降低了约2.4mm，5min之后净浆流动度降低了约2mm。即熟料比表面积对水泥净浆流变性的影响远大于矿渣比表面积的影响。故当水泥的强度合格，而流变性较差时，可优先考虑减小熟料的比表面积。