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高性能化成为混凝土技术的发展趋势。高强、泵送混凝土的应用越来越普遍,裂缝的修补及灌浆材料的用量也越来越多,这些混凝土要求具有很好的工作性。水泥浆作为混凝土胶凝材料,其流变行为直接决定混凝土的工作性。减水剂是高性能混凝土的重要组份,能有效改善水泥浆体的流变性能。目前常用的减水剂有萘磺酸盐甲醛缩合物系列(简称萘系,如FDN、ZWL-V)、脂肪族羟基磺酸盐系列(简称脂肪族,如ASF)、氨基芳香族磺酸盐苯酚甲醛缩合物系列(简称氨基磺酸族,如ASP)、木质素磺酸钙(简称木钙,如LS)和三聚氰胺磺酸盐加强缩合物系列(简称三聚氰胺系,如SMF)等。
本论文应用Bingham模型研究了水泥浆体的流变规律,考察了减水剂种类、掺量、添加方式以及粉煤灰的掺量、水灰比、温度等对水泥浆体的塑性粘度(η)、屈服应力(τ<,0>)、触变性、流变参数经时变化等基本流变性能的影响,并探索了其作用机理。
研究结果表明:不同减水剂对水泥浆体的流动度保持能力的大小顺序为:ASP>ASF>LS>SMF。随着减水剂掺量增大,同一剪切速率下的剪切应力值以及粘度值均相应减小。当掺量为0.4%时,水泥浆体的剪切应力的大小顺序为:LS>SMF>ZWL-V>ASF>ASP,τ<,0>按大小排序为:LS>ZWL-V>ASF,而η按大小排序为:LS>ASF>ZWL-V。
对掺加FDN和LS的浆体的流变性能进行了比较,结果表明:在同一掺量下,当水灰比为0.4时,随着时间延长,掺加LS的浆体的τ<,0>逐渐变小,η逐渐增大,而掺加FDN时,T<,0>、η要小得多;随着掺量的增大,浆体触变性变大,在0.2%、0.4%掺量时,掺加FDN的浆体的触变性比掺加LS的要大,而在0.6%、0.8%掺量时,前者比后者要小。
在相同起始流动度下,当减水剂掺量为0.2%、0.4%时,浆体的触变环面积按大小排序为:FDN>ASP>LS>SMF。另外,在相同起始流动度下,随时间变化,当τ<,0>和η都比较大时,流动度就会明显变小。不同时间流动度的大小是由τ<,0>和η共同作用所引起的。当η相差不大时,流出时间也基本一致。
当水灰比为0.4时,对于水泥.粉煤灰浆体,随着粉煤灰的掺量依次增大,其流变参数相应减小;当水泥和粉煤灰的配比为22%:78%时,随着水灰比的增大,浆体的流变参数值在整体上呈下降趋势。粉煤灰由于“形态效应”、“微集料效应”、“比重效应”、“延缓水化反应”等自身性质,使得水泥.粉煤灰浆体的流变参数降低,流变性能变好。不同类型的减水剂降低水泥-粉煤灰浆体η的作用大小顺序为:ASP>FDN>LS>SMF>ASF;降低τ<,0>的作用大小顺序为:ASP>FDN>SMF>ASF>LS。
减水剂对水泥表面Zeta电位的影响的强弱顺序为:ASP>SMF≈FDN>ASF>LS,对水泥颗粒Zeta电位的保持能力的大小排序为:ASP>LS>ASF>FDN>SMF,而其在水泥颗粒表面吸附量的大顺序为:SMF>FDN>ASF≈LS>ASP。在相同的减水剂浓度下,粉煤灰的表面Zeta电位的绝对值均高于水泥颗粒表面的。
FDN、SMF、ASF以及LS减水剂对水泥颗粒的分散作用属于静电斥力效应;ASP除此之外,还有较强的空间位阻效应。