馮慶革a,c，杜克a，李浩璇b，張國懷a
廣西大學 a. 環境學院；b. 材料科學與工程學院，c.廣西高校環境保護重點實驗室，廣西 南寧530004
摘要：較大水膠比下傳統的豎直靜置成型方法易出現組分分離，各部位均勻性較差，本文以水膠比為0.50的砂漿為例，採用壓汞法測定養護7d各砂漿樣品的孔徑分佈，分析砂漿樣品內部的均勻性，研究新型成型方法對砂漿均勻性的影響。結果表明，與傳統豎直靜置成型相比，採用新型轉動裝置動態成型時，平均孔徑、孔隙率和孔徑分佈變異係數相對較小，砂漿內部組分分佈均勻，沒有發生集料與膠凝材料、水分離的現象，且在轉動裝置轉速為0.1r/min時成型結果最佳。
關鍵詞：水泥砂漿；高水膠比；成型方法；均勻性
0.引言
目前水泥砂漿主要的成型方法有插搗法[1-2]、靜壓法[3-4]、振動壓實法[5-6]等，這些方法均為豎直靜置成型，此類成型方法並不適用於高水膠比水泥砂漿，因為高水膠比水泥砂漿易在成型過程中出現組分離析現象，使得成型後水泥砂漿試塊各處的均勻性較差。 因此，研究高水膠比水泥砂漿成型方法，使得成型後的水泥砂漿內部任意區域集料與膠凝材料均勻分佈，對研究和評估水泥砂漿性能具有重要的學術和工程意義[7]。
本文以水膠比為0.50的砂漿為例，通過壓汞法檢測兩組不同配合比水泥砂漿試塊各層的孔徑分佈情況來評價水泥砂漿的均勻性。
1.試驗
1.1原材料與配合比設計
本實驗使用華潤（南寧）水泥有限公司生產的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其水泥熟料的化學成分和水泥物理性能分別見表1、表2。細骨料採用ISO標準砂。礦物摻合料選用廣西田東電廠產生的Ⅱ級粉煤灰，粉煤灰的化學成分及物理性能見表1。拌和用水為去離子水。
水泥砂漿配合比設計參數為：單方膠凝材料用量為400 kg；水膠比為0.50，砂漿中水泥漿體與骨料（ISO標準砂）的體積比為1︰1，礦物摻合料替代水泥用量為30%。
1.1試驗方法
1.1.1成型方法
本試驗製備水膠比為0.50、養護齡期為7d的純水泥砂漿及摻粉煤灰水泥砂漿，採用兩種不同的成型方法，分別為：
（1）豎直靜置成型。將水泥砂漿拌合物分兩次裝入尺寸為f 80×55 mm的圓柱形塑料模具中，每次均用搗棒由邊緣至中心均勻插搗25次，插搗底層時搗棒應貫穿整個深度，插搗第二層時，搗棒應插透本層至底層的表面，每一次搗完後用橡皮錘輕輕延模具外壁敲打5-10下[8]，之後用抹刀抹平表面，豎直靜置成型。
（2）轉動裝置動態成型。將水泥砂漿拌合物分兩次裝入尺寸為f 80×55 mm的圓柱形塑料模具中，每次均用搗棒由邊緣至中心均勻插搗25次，插搗底層時搗棒應貫穿整個深度，插搗第二層時，搗棒應插透本層至底層的表面，每一次搗完後用橡皮錘輕輕延模具外壁敲打5-10下，之後用抹刀抹平表面，並蓋上模具蓋子（密封性要好，防止發生滲漏現象），將密封好的塑料模具橫著放在轉動裝置的轉動軌道上，打開轉動裝置開關，調整轉動軌道轉速分別為0.1 r/min、0.2 r/min、0.3 r/min，轉動成型，轉動成型裝置如圖1所示。
1.1.1孔徑分佈測定
將達到養護齡期的試塊進行不同深度的切片，切割示意圖見圖2，每一層深度為6mm，共切取6層（分別用“-1、-2、-3…-6”表示）。等距離取三層（-1、-3、-5）試樣進一步破碎至黃豆粒大小，放入無水乙醇中終止水化24h，之後將樣品置於75℃電熱鼓風乾燥箱內乾燥24h，最後採用AutoPore IV 9500型全自動壓汞儀測定砂漿試塊不同深度的孔徑分佈，將所得數據按照孔徑d≤20 nm，20 nm
2.試驗結果與分析
2.1豎直靜置成型
表3給出了豎直靜置成型所得試塊的孔徑分佈情況，由表可以看出，P20與F22試塊-1、-3、-5層各階段孔徑百分比、平均孔徑及孔隙率的差別均較大，且對應的變異係數也較大，說明使用豎直方法成型時，P20與F22試塊各層之間的孔徑分佈有顯著差異，尤其是靠近模具底部的與靠近模具頂部的孔徑分佈存在較大差異，進一步分析發現100nm以下各類孔徑的含量隨著切割層數的增加而減少，而100nm以上各類孔徑的含量基本均隨著切割層數的增加而增大，且這兩種變化情況均較明顯，說明使用豎直靜置成型時，集料在重力的作用下與膠凝材料、水分離並下沉至模具底部，由於集料顆粒尺寸較大，顆粒間空隙也較大，使得硬化後試塊底部大孔徑孔隙含量相對較多，小孔經孔隙含量相對較少，同理分析，頂部大孔徑孔隙含量相對較少而小孔徑孔隙含量相對較多。
1.1轉動裝置動態成型
從表4至6可以看出，對於水膠比為0.50的砂漿試塊，使用轉動裝置動態成型時，無論轉速如何變化，P20與F22試塊各切層之間的孔徑分佈相差均不大，各類孔徑含量、平均孔徑及孔隙率基本相近，且對應的變異係數均在0.1以下，試塊不同深度下的孔徑分佈均勻，說明轉動成型時，集料的運動不僅受重力影響，而且受向心力的影響，向心力的存在在一定程度上能顯著抑制集料與膠凝材料、水的分離，使得砂漿試塊成型後內部集料與膠凝材料分佈均勻。
圖3、圖4分別給出了不同成型樣品-1、-3、-5切層孔隙率與平均孔徑的對比關係，圖5給出了不同成型方法樣品平均孔徑與孔隙率變異係數對比。由圖3與圖4可以看出，P20與F22豎直靜置成型樣品-1、-3、-5切層之間孔隙率與平均孔徑的變化幅度明顯大於P20與F22轉動裝置動態成型樣品三層間孔隙率與平均孔徑的變化幅度，由圖5明顯看出，轉動裝置動態成型樣品的平均孔徑與孔隙率的變異係數明顯低於豎直靜置成型樣品對應的變異係數，由表3-6也可以得出同樣的結果，與傳統豎直靜置成型相比，採用轉動裝置動態成型試塊孔徑分佈各範圍孔徑含量的變異係數也較小，分析討論可知轉動裝置動態成型時，受重力和向心力共同作用的集料成型過程中相對位移較小，而豎直靜置成型時，只受重力作用的集料的相對位移較大，從而表現出與膠凝材料和水分離的現象，向心力的存在在一定程度上能顯著抑制集料與膠凝材料、水的分離，因此，對於0.50水膠比的水泥砂漿成型，轉動裝置動態成型方法所得試塊均勻性比豎直成型方法所得試塊均勻性好。
進一步分析圖3、圖4與圖5發現，隨著轉動裝置轉速的增加，成型砂漿試塊的孔隙率、平均孔徑及對應的變異係數均顯著增大，對比表4、表5及表6發現，隨著轉動裝置轉速的增加，砂漿試塊孔徑分佈中直徑d≤20 nm的無害孔和20 nm
1.結論
（1）與傳統豎直靜置成型相比，採用新型轉動裝置動態成型時，平均孔徑、孔隙率和孔徑分佈變異係數相對較小，砂漿內部組分分佈均勻，沒有發生集料與膠凝材料、水分離的現象。
（2）調節轉動裝置轉速會對成型砂漿均勻性產生影響，當轉動裝置轉速為0.1r/min時成型結果最佳。
參考文獻
[1] 馬玉芳，路用多孔水泥混凝土室內成型方法研究，[J]，公路，2007（12）：176-180
[2] 孟慶營，周衛鋒，趙可，水泥穩定碎石混合料靜壓法與振動法成型工藝的比較研究，[J],公路交通科技，2007，（1）：21-25
[3]Brabston，William N，Rollings Raymond S．COE design of cement stabilizedbase courses for airfield pavement ［J］．ConcreteInternational,1991,13(12):19-23
[4] 魏宏雲，周衛鋒，李源淵，不同成型方式的水泥碎石性能對比，[J]，華南理工大學學報( 自然科學版)2014（8）：84-90
[5] 李美江，道路材料振動壓實特性研究，[D]，西安：長安大學，2002
[6] 徐仁崇，桂苗苗，龔明子等，不同成型方法對透水混凝土性能的影響研究，[J]，混凝土，2011（11）：129-131
[7] 高海鵬，田波等，新拌水泥混凝土均勻性評價方法，[J]，公路交通科技，2014，12（12）：25-30
[8] 《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T 50080-2002
[9] 廉慧珍，童良，陳恩義，建築材料物相研究基礎，[M]，北京，清華大學出版社，1996：106-110
[10] 趙鐵軍，朱金銓，馮乃謙，混凝土孔隙分析中的表徵參數，[C]，吳中偉院士從事科教工作六十年學術討論會論文集，2004：99-102
[11] 寺村悟，坂井悅郎，高強度化のための混合材の開発[A]，見吳中偉編.高性能混凝土[ C] .北京:中國鐵道出版社，1999：38—43
[12]MANMOHAN D, MEHTA P K .Study on blended portland cementscontaining santorin earth,[ J] ..Cem Concr Res , 1981 ,11(4):507 —518
[13]朱康寧，最大標準差法和最大變異係數法在混凝土試驗中的應用，[J]，福建建材，2004（3）：26-28
閱讀更多 混凝土雜誌 的文章
