水泥仓储温度对水泥物理力学性能及与减水剂相容性的影响

近几年我国大兴水利工程, 而大体积混凝土温度开裂仍然是亟待解决的关键问题之一。研究表明, 大体积混凝土温度开裂除了与大气温度和混凝土自热有关之外, 原材料温度也是大体积混凝土温度开裂的关键因素之一, 而水泥仓储温度更是一个不可忽略的关键原因。混凝土搅拌时若水泥仓储温度过高将直接影响水泥的物理性能和力学性能, 因此DLT 5144—2001《水工混凝土施工规范》规定散装水泥入罐温度不宜超过65℃, 不同的工程存在较大差异, 因此针对工程而进行相关研究是非常必要的。

某水利枢纽工程拦河坝碾压混凝土采用中热硅酸盐水泥, 为了控制混凝土的的仓面温度, 控制水泥的仓储温度也是必要的控温施之一。为了探析水泥仓储温度对混凝土性能的影响, 本试验详细研究了水泥仓储温度对水泥物理力学及与减水剂相容性的影响, 以为工程控制水泥仓储温度值提供依据, 也为其他类似工程提供借鉴。

试验用水泥为P·MH 42.5级, 物理力学性能如表1所示, 品质性能检验结果符合GB 175—2007技术要求。

试验用外加剂为萘系FDN-440T缓凝高效减水剂, 其各项性能指标如表2所示, 品质指标满足GB 8076—2008规范要求。

本试验利用干燥烘箱将P·MH42.5加热至不同温度来模拟水泥不同的仓储温度, 温度分别选择90、80、70、60、50℃。物理力学性能及相容性试验过程中试验室温湿度严格按照规范控制。

P·MH 42.5的物理性能主要研究标准稠度、凝结时间及安定性, 试验方法参照GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》, 标准稠度用水量和凝结时间测定采用标准法 (维卡仪法) , 安定性采用代用法 (饼法) ;P·MH 42.5力学性能试验参照规范GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》;P·MH4 2.5与外加剂相容性参照GB 50119—2003《混凝土外加剂同水泥适应性的检测方法》和Marsh筒法[1,2]。

在水泥胶砂试验搅拌过程发现, 温度为50、60℃的水泥样品与常温水泥样品未见很大差异, 但手触搅拌锅壁有微热感。温度为70℃的水泥样品在搅拌过程中除搅拌锅有明显热感外, 搅拌后新拌胶砂略显干燥, 另有小部分胶砂呈颗粒状。80、90℃的水泥样品则在搅拌过程中搅拌锅温度较上述水泥样品高外, 搅拌锅中还有相当一部分胶砂呈直径为2~5 mm的不规则颗粒状, 在成型振实过程中出现部分分离的现象。

水泥标准稠度是表示水泥砂浆的稀稠程度, 标准稠度需水量的大小直接影响水泥拌制混凝土时的单位立方米用水量。仓储温度对水泥标准稠度的影响如图1所示。即随着水泥仓储温度的升高, 水泥标准稠度需水量不断增加, 90℃下的水泥样品相比较常温 (20℃) 下的水泥样品需水量增加近9%, 而实际工程中搅拌站往往容易忽视这一点, 从而导致生产的混凝土坍落度过小, 混凝土和易性不良。

水泥安定性是水泥硬化后体积变化的均匀性, 体积的不均匀变化引起膨胀、裂缝或翘曲等现象。水泥仓储温度对水泥安定性的影响结果见表3, 结果表明随着温度的增加, 试饼有微膨胀现象, 高温水泥的安定性存在安定性不良的趋势。进一步的试验结果需通过雷氏法确定。

水泥的胶砂强度是评价水泥质量的重要指标, 是划分水泥强度等级的依据。水泥仓储温度对水泥力学性能的影响见图2、3, 随着水泥仓储温度的提高, 水泥胶砂3、28 d的抗折和抗压强度总体均呈现逐步降低趋势, 抗折强度降低幅度相对较大。仓储温度为90℃时水泥的3 d与28 d抗折强度较20℃时强度下降23.4%与27.6%, 抗压强度下降16.7%与17.2%。

水泥与外加剂之间存在相容性的差异, 加拿大的Aiticin[3]最早提出了水泥与高效减水剂的相容性问题, 覃维祖教授[4]验证了用水泥净浆流动度测试方法来检测水泥与减水剂相容性的可行性。

水泥仓储温度对水泥与减水剂的相容性影响结果见图4、5, 结果表明, 常温的水泥和减水剂存在明显的饱和点, 减水剂饱和掺量为1.3%, 仓储温度为50℃的水泥与减水剂饱和点已经不是很明显, 50℃以上仓储温度的水泥相容性变差, 无明显规律。

(1) 水泥仓储温度对水泥标准稠度影响很大, 随着仓储温度的升高, 水泥标准稠度需水量有所增加;随着水泥仓储温度的增加, 水泥存在安定性不良的趋势。

(2) 随着水泥仓储温度的提高, 水泥胶砂3、28 d的抗折和抗压强度呈现逐步降低趋势, 其中, 抗折强度降低幅度相对较大。

(3) 随着水泥仓储温度的提高, 水泥与减水剂的相容性变差, 50℃以上仓储温度的水泥与减水剂相容性较差, 无明显规律可循。

(4) 为了保证工程质量和顺利施工, 本工程使用的中热硅酸盐水泥宜控制在50℃以内。