Marsh简法和净浆流动度法用于水泥与减水剂适应性测试的比较

2011-01-14 00:00

0引言

　　由于没有标准的方法对水泥与减水剂适应性进行检验，目前国内多采用GB8077《减水剂匀质性试验方法》中规定的净浆流动度法，也有少数单位采用Marsh筒法。已有不少文章对这两种方法进行了研究。文献[1，2]经过比较认为，用Marsh筒法研究水泥与减水剂的适应性简便、快速可以直接确定减水剂的饱和掺量点，与减水剂在混凝土中的表现具有良好的相关性；文献[3]通过研究得出水泥净浆流动度随减水剂掺量和时间的变化关系和水泥标准稠度用水量、混凝土坍落度的变化规律一致；文献[4]通过试验认为砂浆流动度能多方面评价减水剂对水泥的适应性；文献[5]对Marsh筒法和净浆流动度法的优缺点进行了分析比较。
　　本文通过不同水泥减水剂饱和掺量的大小、流动度的大小和经时损失，以及与水泥标准稠度用水量和胶砂流动度的相关性，对Marsh筒法和净浆流动度法(静态，GB8077方法；动态，测完流动度后在跳桌上振动10次后的扩展度)进行了对比研究。

1 方法本身的比较

　　1.1 原理
　　有学者^[5]认为两者的原理不同，一个反映的是浆体的表观黏度，一个反映的是浆体的屈服应力。笔者认为两者在原理上只是侧重点不同，但都与浆体黏度和屈服应力有关。
　　1.2 水灰比
　　Marsh筒法采用大水灰比，一般为0.35，与混凝土的实际水灰比接近，同时由于采用大水灰比，无形中削弱了浆体黏度对流动性的影响；净浆流动度法采用小水灰比，与混凝土的实际水灰比有一定的差距。因此，Marsh筒法所测得的结果与混凝土的流动性较净浆流动度法可能具有更好的相关性，文献[1，8]的研究结果证明了这一点。

　　2 结果与讨论

　　2．1 饱和掺量点的测定
　　P·Ⅰ52.5和P·O42.5水泥在不同减水剂掺量下的Marsh时间和净浆流动度见图1～4，通过此曲线图可以判定减水剂的饱和掺量点。

从图中可以看出，采用Marsh筒法测定的流动度结果随减水剂掺量变化的曲线光滑，规律明显，很容易判定减水剂的饱和掺量点，同时初始时间和60min后的时间变化规律一致。也就是说，在试验过程中即使出现偶然的误差，不能通过一条曲线判定饱和掺量点时，也能通过另一条曲线判定饱和掺量点。同时也可看出，无论采用静态还是动态，对于同一水泥，流动度变化规律基本一致，但随减水剂掺量变化的规律不如Marsh筒法明显，同时初始流动度和60min流动度的变化规律有点出入。因此，在饱和掺量点的测定上，Marsh筒法比净浆流动度法更加有效、可靠。

　　2．2 经时损失率的测定 　　

　　表1为3个水泥在不同减水剂掺量下的流动度经时损失率。

从表1中看出，随减水剂掺量的增加净浆流动度法所测经时损失率远远高于Marsh筒法所测经时损失率。这可能是因为净浆流动度法的水灰比小于Marsh筒法，造成水化速度不同所引起的。
　　但值得注意的是，水泥3用Marsh筒法测得的经时损失率在减水剂掺量达到一定量后为负值，而净浆流动度法测得的经时损失率始终为正值，但水泥3的数值远远低于水泥1、2在同样减水剂掺量下的数值。

　　2．3 对经时损失测定的敏感性

　　在试验过程中发现，表1中水泥3出现的现象并非误差造成，对于某些水泥确是这样。图5、6为2个熟料分别掺加不同量混合材制备的水泥在固定减水剂掺量(1.2％)下的流动度经时损失率，可以看出，当混合材掺量达到一定量后(火山灰15％，矿渣、石灰石35％)，用Marsh筒法测定的经时损失率为负值。这一试验结果验证了Marsh筒法所测结果的可靠性。

图7为图5样品用净浆流动度法测定的经时损失率。从图7中看出，经时损失率在火山灰掺量超过15％后，不但没有降低反而增加，同时经时损失率全部为正值。这一结果与已知的水泥中掺加混合材后由于降低了水泥中的熟料矿物含量从而改善水泥与减水剂的适应性结论相矛盾。由此可以看出，Marsh筒法对水泥掺加减水剂后的经时损失率更为敏感。

对于出现此现象的机理可以从水泥的组成和减水剂的作用机理^［７］上初步解释：在初期，由于混合材的活性远远低于水泥熟料，因此只有水泥熟料表面发生了水化，吸附减水剂，而混合材由于没有水化无法吸附(或吸附量很小)，致使在同样的减水剂掺量下，混合材掺量越大游离于水泥中的减水剂越多，这为水泥维持流动性提供了条件。但由于混合材没有吸附减水剂，在初期就象集料一样存在于水泥中，团聚在一起没有分散，特别是孔性材料包含有大量的水，所以水泥的流动性只有靠熟料的存在来提高，因此随混合材掺量的增大，水泥的流动性变差。随着时间的延长，混合材在碱性条件下表面开始水化，并开始吸附减水剂，使颗粒分散、束缚在凝聚体中或内孔中的水释放出来，提高了水泥的流动性。

　　2．4 与水泥标准稠度用水量和胶砂流动度的关系

　　水泥的标准稠度用水量和胶砂流动度从另一个侧面反映了水泥的流动性能，因此本文对Marsh筒法和净浆流动度法所测的结果与水泥的标准稠度用水量和胶砂流动度进行了比较，试验结果见图8～11。为了便于分析，对净浆流动度和胶砂流动度结果进行了技术处理。

从图中结果可以看出，Marsh时间在火山灰掺量<15％时基本为曲线上升，掺量在15％～20％之间时有一个阶跃，>20％后基本为线性上升。而净浆流动度在火山灰掺量<15％以及在20％～40％之间时基本不变，掺量在15％～20％之间时有一个阶跃，>40％急剧变差。同时可以看出，水泥的标准稠度用水量和胶砂流动度与Marsh时间的变化规律基本一致。
　

　2．5 两者试验误差的比较

　　两者的重复性结果见表2。从表2中结果可以看出，无论从标准偏差、变异系数还是从极差来讲，净浆流动度法的试验误差远远大于Marsh筒法。同时，60min的试验误差大于初始试验误差。

两者的误差来源分析如下：

　　净浆流动度法：

　　(1)物料搅拌的均匀性—— 水泥粘锅壁使浆体偏稀；

(2)装料时浆体稀稠的一致性；

(3)圆模内物料多少；

(4)提模后圆模内剩余物料多少；

(5)玻璃板潮湿程度。

　　Marsh筒法：　　

　　(1)物料搅拌的均匀性—— 水泥粘锅壁使浆体偏稀；

(2)计时误差。

　　3 结论

　　1)虽然两者的原理有所侧重，但基本一致。而Marsh筒法的水灰比与混凝土的实际情况相接近。
　　2)用Marsh筒法测定饱和掺量点较净浆流动度法更为直观、便捷、可靠。
　　3)用Marsh筒法测定经时损失率比净浆流动度法敏感。
　　4)Marsh时间随水泥中混合材掺量的变化与水泥标准稠度和胶砂流动性的变化规律一致，较净浆流动度法具有更好的相关性。
　　5)Marsh筒法的试验误差远小于净浆流动度法。

参考文献：

　　
[1] 吴笑梅，樊粤明，简运康．用Marsh筒法研究水泥与减水剂的适应性问题[J]．水泥，2002，(12)：8～11．　　

[2] 徐海军．对制约当前商品(预拌)混凝土质量的关键技术问题的研究[D]，广州：华南理工大学．2001．　　

[3] 覃维祖．水泥-高效减水剂相容性及其检测研究[J]，混凝土，1996，(2)：11～17

[4]徐永模，彭杰，赵昕南．评价减水剂的新方法——砂浆坍落扩展度[J]．硅酸盐学报．2002，(增刊)：124-130．　　

[5]罗云峰，卢迪芬，樊粤明．水泥与减水剂相容性的检测方法的评论[J]，水泥，2002，(11)：20～23．　　

[6] GH塔特索尔．混凝土工作性[M]．陈连英，杜效栋，译．北京：中国建筑工业出版社，1983．　　

[7] 中国建筑材料科学研究院水泥科学研究所，技术情报中心编译．用于高性能、环境共存型混凝土的先进胶结材料[Z]．1996．10

[8] 张大康冰泥净浆流动度与混凝土流变性能相关性试验[J]，水泥，2006，(1)：12～15

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