水泥净浆搅拌机
摘要为了通过水泥净浆来评价高流动度混凝土的流动性能，研究了水泥净浆流变常数与混凝土坍落流动度之间的关系。实验采用普通波特兰水泥。改变水泥净浆的拌和方法、超塑化剂掺和量以及粘度计的操作环境，用平板旋转粘度计来测其流变常量。
一
前言 净浆实验常用于评价高流动度混凝土的流动性能。混凝土或砂浆的流动性受到集料容积比、系统中颗粒的粒径分布以及集料表面结合水的状态的影响，除此，净浆及混凝土的拌和环境也会对其产生一定的影响。(Ozu. et al.2001，2002)。
有报道称，聚羧酸类超塑化剂受到混凝土中集料的吸引(Nakamura and Ogawa 19990)。因此，在测试净浆和混凝土流动度时加入超塑化剂的量应有所区别。此外，当混凝土流动时，集料中的浆体会受到挤压从而产生剪切力，Powers(1968)报道集料中每10μm就存在一个最小厚度，并且有人指出这一现象应该在评价浆体流动性时考虑到(Noguchi et al.1995)。
二
实验 本实验采用5种来自于不同厂家的普通波特兰水泥(记为A-E)。这些样品有不同的布莱因比表面积、SO3含量以及可溶性碱含量。实验中所采用的粗集料，是饱和面干状态的水洗碎石。细集料采用海砂，并向其中混合少量硅砂从而降低颗粒间空隙，同样在饱和面干状态下使用。水泥和集料的组分及其含量列于表1和表2。采用的超塑化剂为聚羧酸类超塑化剂(PC)。
表1 普通波特兰水泥组成
| 品种 | 布莱因比表面积(m2/kg) | 化学成分(%) | ||||||||
| 不溶物 | CaO | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | MgO | SO3 | 游离氧化钙 | 水溶性碱 | ||
| 324 | 2.11 | 0.13 | 64.57 | 20.65 | 5.32 | 2.81 | 1.07 | 1.94 | 0.5 | 0.24 |
| 327 | 1.97 | 0.08 | 6474 | 20.66 | 5.27 | 2.92 | 0.91 | 2.14 | 0.4 | 0.20 |
| 338 | 2.12 | 0.10 | 64.25 | 20.14 | 5.67 | 2.68 | 1.41 | 2.24 | 0.3 | 0.32 |
| 319 | 1.24 | 0.08 | 64.59 | 21.11 | 5.24 | 2.69 | 1.38 | 2.34 | 0.5 | 0.36 |
| 343 | 2.17 | 0.16 | 64.18 | 20.59 | 5.28 | 2.69 | 1.43 | 2.28 | 0.4 | 0.32 |
表2 集料性能
| 集料种类 | 饱和面干密度(g/cm3) | 干密度(g/cm3) | 吸附量(%) | 细度模数 |
| 含硅砂的海砂 | 2.58 | 2.55 | 1.20 | 2.62 |
| 碎石 | 2.70 | 2.69 | 0.68 | 6.61 |
2.2 混凝土实验
表3 混凝土配合比
| 水灰比(%) | 流动坍落度范围(mm) | 含气量范围(%) | Unitcontents(kg/m3) | PC掺量(取决于水灰比%) | ||
| 水泥 | 细集料 | 粗集料 | ||||
| 550±25 | 2.0±0.5 | 170 | 486 | 937 | 791 | 1.1～1.5 |
2.3 净浆制备
2.4 浆体流动度测试
-1)，用刮勺轻轻搅拌30s以使其能充分与搅拌叶片接触，然后静置30s。搅拌速度在2min内从0～200s-1。经测试，在50～150s-1范围内，叶片转速与剪切力呈线性关系，水泥净浆的屈服应力即为中心线的高度。测试方法如图1所示，图2列出了样品的流动曲线图。
2.5 超塑化剂剩余浓度测试
式中，AD＝单位质量水泥吸附的PC量[mg/g]，C＝水泥质量[g]，W＝水的质量[g]，SP＝水泥中PC所占比例[质量%]，CPC＝清液中残留PC的浓度[质量%]。
三
结果和讨论3.1 拌和方法检验
在PC掺量相等，混凝土坍落流动度控制在550～650mm的条件下，检测了各种拌和方法对浆体流动性能的影响。当混凝土停止流动，也就是浆体阻止了集料的流动时，浆体的屈服值等于阻力。在这种情况下，由于浆体的屈服值接近于0，粘度与流动度呈指数关系，
采用高剪切力搅拌器拌和的浆体的粘度值和混凝土坍落流动度之间的关系列于表4中。拌和完成后5min和60min时的流动曲线图如图5所示。当混凝土坍落流动度相同时，随所用水泥不同浆体的粘度值发生变化，显示了浆体与混凝土之间的一点联系。即，当PC掺量相同时，浆体流动度不会随混凝土的不同而改变。此外，如图5所示，尽管混凝土的坍落流动度随时间而有所变化，而浆体流动度的变化要小得多。当取消预剪切力时，得到了与之相类似的结论。据推断，造成这种结果的首要原因，是由于PC掺量相同时，在混凝土中浆体里PC的聚集作用要比水泥净浆中低，这是由于在混凝土中PC受到了集料的吸引作用。因此，下面我们研究了加入PC的作用。
表4 液相中残余PC量
| 水泥编号 | 试样 | PC掺量(%) | PC浓度(%) |
| 60min | |||
| 净浆 | 1.2 | 1.6 | 1.5 |
| 1.0 | 0.7 | ||
| 净浆 | 1.3 | 1.8 | 1.7 |
| 1.5 | 1.2 |
3.2 掺入PC的实验
上述结论表明，由于在混凝土中受到水泥吸附的PC量少，混凝土中浆体的流动度易随时间而变化。综上，要使水泥净浆液相中PC的聚集作用与混凝土液相中的接近，在拌和时，水泥净浆中加入PC的量要比混凝土中加入的少。在水泥净浆中，加入PC的量与液相中PC的聚集作用之间的关系如图7所示。从图中可以看出，搅拌完成60min时，水泥A中PC掺量为0.7%时与水泥D中PC掺量1.0%时，混凝土中液相里PC聚合作用相同。因此，为了使水泥净浆与混凝土中水泥净浆具有相同的状态，在拌制水泥净浆时加入PC的量应该比拌和混凝土时的少0.3%～0.5%，具体减少的量取决于集料种类、PC品种，以及混凝土的配合比。
在实验中，我们测试了浆体屈服值与混凝土坍落流动度之间的关系。其中，浆体采用高剪切力搅拌器拌和，且PC掺量比混凝土中的少0.3%～0.5%(假设混凝土中集料吸附的PC的量为常量)。结果列于图8和图9中。图9所示为水泥A拌和完成后在5min和60min时的流动曲线图。当减少PC掺量时，随时间的变化，浆体的流动度依然会改变。另外，所有浆体的屈服特征都符合宾汉姆模型。浆体的屈服值与混凝土的坍落流动度之间显示出了紧密的联系。在实验所测范围内，当PC掺量减少0.3%～0.5%时，二者之间的相关性没有大的变化。
降低水泥净浆中PC掺量，浆体流动度与混凝土坍落流动度才可以对应起来，这就证明了水泥净浆与混凝土中浆体存在差异。然而，评价误差仍然很大，并且流动度的测试方法有待进一步使其精确。因此，我们研究了旋转粘度计的作用方式。
为了使所测浆体能够真实反映混凝土中浆体的状态，我们采用能改变剪切厚度的平板旋转粘度计来测浆体的流动度。剪切厚度调节为0.5mm，这一值小于同心柱粘度计。图10所示为采用平板旋转粘度计的水泥净浆的流动曲线。图11所示为分别采用平板旋转粘度计和采用同心柱粘度计测得的浆体屈服值，其中水泥净浆中PC掺量为0.8%，混凝土中PC掺量为1.3%。当使用平板旋转粘度计且将其剪切厚度调节得很小时，所得流动曲线则不同于采用同心桶粘度计测得的结果。在剪切厚度较小的条件下，流动曲线显示出了假塑性体的特点，在50s-1上方呈直线型。可以断定，当采用同心桶粘度计时将与上述结果保持一致(2.4节)。在采用平板旋转粘度计时，剪切率随浆体在板上的位置不同而改变，从而造成了浆体所受剪切力的不均衡，因此所得流动曲线与采用同心桶粘度计时有差异。另外，两曲线不是简单的成比例，尽管从图中可以观察出它们之间有一定联系。一些物理干扰，如粒子的结合程度，可能影响到了平板旋转粘度计的测试结果。当测试分散体系的粘度时，需要将剪切厚度调节宽一些来减小粒子结合程度对实验的影响。然而，混凝土中浆体的受剪作用与把剪切厚度调节得很小的平板旋转粘度计中非常接近。
图10 净浆流动曲线(平板旋转粘度计)
下面，我们研究了净浆流动度(用平板旋转粘度计测)和混凝土流动度之间的关系。浆体中PC掺量比混凝土中低0.5%，并且采用高剪切力搅拌器，分别用同心柱粘度计和平板旋转粘度计测了屈服值。图12所示为所测结果与混凝土坍落流动度之间的关系。从图中可以看出，采用平板旋转粘度计并且将切割厚度调节到较小的值时，浆体屈服值与混凝土坍落流动度之间的联系比采用同心柱粘度计测流动度更明显。然而，采用平板旋转粘度计测得的流动特征有很多方面很难理解。例如，很难解释剪切力会随浆体在板上的位置不同而变化。因此，需要更深一步的实验，来验证一般条件下的粘度值。
需要注意的是，在本文的研究中，没有考虑混凝土配合比的影响。如果集料的种类、比例和PC掺量改变，那么，通过调节PC掺量，应该还是能得到水泥净浆和混凝土坍落流动度之间有密切联系的。
四
结论 为了通过水泥净浆来评价高流动度混凝土的流动性能，我们研究了水泥净浆流变特性与混凝土坍落流动度之间的关系。得到的主要结论如下：
(1)采用高剪切力搅拌器并且剪切力大时拌和的水泥净浆，其粘度小于采用Hobart搅拌器拌和的水泥净浆。
(3)采用平板旋转粘度计，将切割厚度调节得小，可以得到水泥净浆屈服值与混凝土坍落流动度之间有非常紧密的联系。
(杜小满译)
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