水泥与减水剂相容性的评价方法——胶砂扩展度法

随着预拌混凝土的飞速发展，混凝土配合比设计除了考虑混凝土的强度、耐久性之外，还更注重其工作性能。水泥与减水剂的相容性是影响混凝土工作性能的重要因素。目前，评价水泥与减水剂相容性通常采用水泥净浆流动度法，但实践表明，水泥净浆的流变性能不能完全代表混凝土的流变性能，这主要是由于分散相为水的水泥浆体系与分散相为砂浆的混凝土体系中的粒径差别太大所致。本试验选择分散相为水泥浆的砂浆体系为对象来评价水泥与减水剂相容性，确定混凝土减水剂的饱和掺量及最佳掺量，并与净浆流动度法进行对比。

试验用水泥为日本佐伯产的小野田水泥P·Ⅱ52.5、P·O42.5，其化学成分见表l，物理性能见表2。外加剂为3种萘系减水剂，品质指标见表3。

1)测试仪器

①GB／T2419-2005中规定的水泥胶砂流动度截锥试模，高60mm，上FI内径70mm，下口内径lOOmm；②玻璃板500mm*500mm*5mm；③水泥胶砂搅拌机。

2)材料

一次试验材料用量为：水泥450g，水泥标准砂l350g，水225ml。

3)试验方法

掺减水剂的砂浆先干拌30s，加拌和水，搅拌3min。一次性将搅拌后的砂浆装入试模，刮平后，将试模提起。扩展度值取砂浆纵向及横向直径的平均值。

一次性胶砂扩展度试验过程需时约3-5min。如果减水剂掺量由低到高增加，预先计算并称取相邻掺量间减水剂的增加量；完成前一次扩展度的测量后，将砂浆倒回搅拌锅，然后将增加的减水剂加入，搅拌1min再测量。按此方法做至两次扩展度几乎无变化或扩展度缩小，或砂浆出现泌水环为止。一般3～4次试验即可完成，全部试验约为20min左右。

水泥的物理性能检验按GB 1346-2000《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》及GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行；水泥的净浆流动度及减水剂检验按GB／T 8O77-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》、GB 8076-1997(混凝土外加剂》及GB 50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范》进行；混凝土试验按JGJ 55-2000(普通混凝土配合比设计规程》及GB／T 5008O-2002(普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。

水泥净浆流动度试验结果见表4；水泥胶砂扩展度试验结果见表5。

1)从表4可见，当水灰比一定时，水泥净浆流动度随减水剂掺量的增加不断加大，特别是P·O42．5水泥，3种减水剂的掺量加到2.8％(实际使用中混凝土早已严重泌水)，水泥净浆流动度还在增大，不易确认减水剂的饱和掺量。从表5可以看出，减水剂掺量增加到一定值时水泥胶砂扩展度达到最大值，减水剂掺量继续增加时，水泥胶砂扩展度反而降低，由此可以清楚地判断得出减水剂的饱和掺量。P·Ⅱ52.5、P·O42.5水泥的减水剂饱和掺量分别为：1号减水剂为2．2％和2．2％；2号减水剂为2．4％和2．2％ ；3号减水剂为2．2％和2．O％。可以从减水剂的饱和掺量及达到饱和状态时水泥胶砂扩展度值来评价水泥与减水剂的相容性及减水剂的减水性能。

2)水泥胶砂扩展度还能够评价不同减水剂对泌水离析等性能的影响。在水泥净浆试验中，由于水泥浆中被分散的细颗粒随着泌出的水分继续扩大，即使达到全分散状态也难区别泌水现象，不能确定极限流动度；而在胶砂试验中，因为砂浆颗粒达到全分散状态之后，随着减水剂掺量的增加，吸附的水量也增加，当达到饱和掺量后，导致胶砂扩展度的减小，并出现泌水环。

3)水泥胶砂扩展度试验确定的饱和掺量较接近实际混凝土的饱和掺量。因为在水泥净浆中，拌合水都用来润湿和分散水泥颗粒；在水泥胶砂中，一部分自由水被用来润湿细集料；而在混凝土中，还要吸取一部分自由水润湿粗集料，后二者的界面效应差异比水泥净浆小。选择与水泥胶砂扩展度试验确定的减水剂饱和掺量相近的掺量，进行混凝土验证试验，结果见表6，可以看出，减水剂掺量接近或达到饱和掺量时，混凝土的强度与工作性能满足混凝土搅拌站的质量控制要求。例如P·Ⅱ52．5水泥，MN-SP(T)减水剂的最佳掺量2．0％，饱和掺量为2．2％；FDN-HP减水剂的最佳掺量为2．2％，饱合掺量为2．4％。与实际混凝土的配合比也相近。

与水泥净浆流动度试验相比，水泥胶砂扩展度试验可以明显地确认减水剂的饱和掺量，不仅可以用来评价水泥与减水剂的相容性及减水剂的减水性能，而且还能够评价不同减水剂对泌水离析等性能的影响，评价减水剂对混凝土稳定性的影响。

水泥胶砂扩展度试验确定的减水剂的饱和掺量与实际混凝土的饱和掺量接近，对混凝土工作性设计有指导和借鉴的意义。

胶砂扩展度试验与水泥净浆流动度和混凝土试验相比，为评价水泥与减水剂的相容性、确定减水剂在混凝土中最佳掺量，提供了一个理论上较完善、实际试验工作省时、且节约人力及材料的方法。几年来我们使用该方法，实践证明是可行的。