水泥标准稠度用水量对普通砂浆强度的影响试验研究

      发布时间：2017-12-12   来源：   

   中心摘要：普通硅酸盐水泥在预拌普通砂浆中得到广泛应用，本试验主要通过试验论证普通硅酸盐水泥标准稠度用水量对预拌普通砂浆强度的影响，为选用普通硅酸盐水泥性能质量提供应用性依据。
关键词：普通硅酸盐水泥标准稠度用水量对预拌普通砂浆强度的影响试验论证、节能增效。
前言：水泥作为最重要的胶凝材料，广泛应用于建筑工程中，是必不可少的建筑材料。在预拌砂浆中普遍选用普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，它的性能直接影响到普通预拌砂浆的性能和品质，水泥是一种加入适量的水后可形成塑性浆体，水泥颗粒表面的矿物开始在水中溶解并与水发生水化反应，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，直至凝结，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将细集料、掺合料、添加剂等凝结了水泥浆体开始产生了强度，发展成为坚硬的水泥石，最终材料牢固地粘连在一起的细粉状水硬胶凝材料，其强度是它最重要的性能之一，普通硅酸盐水泥从其强度高、水化热高、抗冻性好、碱度高和抗碳化能力强等特点。目前在我国水泥品种多达100余种，水泥企业星罗棋布，已成为中国的支柱产业，在众多水泥生产企业中，由于生产企业规模差异，地区差异等因素，虽然有一套成熟的国家标准，在水泥质量上还是存在差异，特别是水泥标准稠度用水量性能指标差异尤为突出，从而影响预拌普通砂浆的整体质量，尤其在砂浆强度上因标准稠度用水量的性能指标等，水泥标准稠度用水量的大小是衡量水泥质量最主要的性能指标之一，在普通预拌砂浆配制中，水泥标准稠度用水量低，则在水灰比恒定的条件下配制的砂浆流动度、和易性和稳定性极佳，而且砂浆的强度更高，反之水泥标准稠度用水量越大，不仅降低砂浆强度、增加砂浆干缩产生裂缝的机率、延长砂浆凝结时间、安定性能不稳定、砂浆杭渗性能和耐久性能等一系列质量问题，为此，经过近一年走访众多砂浆企业，在交流中遇到了关于水泥标准稠度用水量和砂浆用水量的差异，为此采集多家水泥厂家生产的水泥进行试验论证，下面采用普通预拌砂浆各项性能指标对比性试验方法验证对砂浆强度的影响。
一，本试验引用国家相关试验标准：
1.  GB175               通用硅酸盐水泥
2.  GB/T1346            水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法
3.  GB176               水泥化学分析方法
4.  GB1345              水泥细度检验方法、筛析法
5.  GB/T17671           水泥胶浆强度检验方法
6.  GB/T2419            水泥胶浆流动度测定方法
7.  GB/T14684           建设用砂
8.  GB1596              用于水泥和混凝土中的粉煤灰
9.  JG/T164             砌筑砂浆增塑剂
10. JC/T2380            抹灰砂浆添加剂 
11. GB/T25181           预拌砂浆
12. JGJ/T98             砌筑砂浆配合比设计规程
13. JGJ/T70             建筑砂浆基本性能实验方法
14. JGJ/T220            抹灰砂浆技术规程
 
二，水泥标准稠度用水量和预拌普通砂浆的原理
  1，水泥标准稠度用水量的原理：水泥净浆在某一用水量和特定测定方法下达到的稠度称为水泥标准稠度，这一用水量即称为水泥稠度标准用水量。它是水泥净浆需水性的一种反应。水泥标准稠度用水量据文献提供有以下三部分组成：
{1}在诱导期开始前被新生成的水化物结合的结晶水{不足10%}；
{2}湿润新生水化物颗粒表面和填充其空隙的水；
{3}填充原始水泥颗粒间的空隙和在水泥颗粒表面形成的足够厚度的水膜，从而使水泥浆体达到标准稠度用水量。
   前两部分的用水量较小，最大用水量是第三部分的用水量，按此推理，第三部分的用水量主要决定于水泥颗粒空隙和水泥颗粒表面积的多少，以及水膜厚度的大小。
2，预拌普通砂浆的原理：在预拌砂浆加水后，可分为结合水、润滑水和自由水，加水后先消耗水泥中反应速度快的部分会发生水化反应，且不溢出拌合物，可定义为结合水；其次水遇到砂浆中另外组分的物料表面吸附一部分水并可以被邻近部位的水份置换，可定义为润滑水；而砂浆中多余的水为自由水，砂浆的流动度和润滑效果取决于自由水量的多少，也是砂浆中必须要保水的部分，自由水必须满足墙体基面的吸附、砂浆充分水化养护和因天气因素散失水分的需要，通常用保水性的多少来表示。随着砂浆用水量的逐步下降，但砂浆稠度并没下降，砂浆稠度的大小能反映砂浆的流动性的优劣，砂浆拌合物的和易性应包括流动性和稳定性两个方面：
  （1）砂浆的流动性是指砂浆拌合物在自重和外力作用下流动的性能，通常用稠度来表示，控制其砂浆流动性的大小，如若过大，砂浆易分层 、吸水；若过小则不便施工操作，所以砂浆拌合物应具有适宜的稠度，确保砂浆流动性。
  （2）砂浆的稳定性是砂浆拌合物保持各组分均匀稳定的能力，性能好的砂浆在存放、运输和使用过程中能很好的保持水分，不致很快流失，各组分不易分离，在砌筑过程中容易铺成均匀密实的砂浆层，能使胶结材料正常水化，从而保证工程质量，砂浆的稳定性通常用分层度来表示，为了真实地反映砂浆拌合物的稳定性，现更新改用2h稠度损失率来表示，真正体现砂浆拌合物的稳定性。在砌体硬化后，能将砖石粘连成为整体，起着传递荷载的作用，并经受环境介质的作用。
 
三，原材料、试验内容及方法：
1，原材料：本次试验检测采用的水泥是江苏省内和若干大小企业生产的普通硅酸盐水泥，其强度等级为P·O42.5；细集料：采用江西鄱阳湖湖砂，砂的细度模数为2.5，属于中砂，相关性能指标符合国家标准《建筑用砂》GB/T14684的规定；掺合料：采用常州电厂Ⅱ级粉煤灰；添加剂：采用苏州宜和益砂浆有限公司生产的砂浆添加剂。
       2，水泥各项性能指标检测结果（表1）

序号	水泥（kg)	加水量(g)	标准稠度用水量（%）	细度 （%）	安定性	凝结时间		抗压强度（MPa)		抗折强度（MPa)
						初凝（h/min)	终凝（h/min)	3d	28d	3d	28d
1	109	141.0	28.2	3	合格	1.55	4.87	25.1	42.9	5.1	6.9
2	106	140.0	28.0	3	合格	1.50	4.69	25.6	43.4	5.3	7.3
3	101	138.0	27.6	2	合格	1.50	4.58	26.8	45.7	5.8	7.7
4	93	134.0	26.8	2	合格	1.45	4.55	27.5	48.1	5.9	7.9
5	89	131.0	26.2	2	合格	1.45	4.31	28.1	51.8	5.9	8.1

注：以上水泥是采集具有代表性检测数据作为本试验论证的样品。
 
      3，试验检测干混砂浆的内容：
    本试验依据水泥标准稠度用水量与预拌普通砂浆用水量采用对比性试验验证的方法，首先依据国家标准《预拌砂浆》GB/T25181-2010和国家行业标准《砌筑砂浆配合比规范》JGJ/T98-2010的规定，确定预拌砌筑砂浆DMM5.0强度等级基准砂浆配合比，根据水泥标准稠度用水量共确定五组砌筑砂浆配合比，作为基材试验检测其稠度、2h稠度损失率 、保水率 、凝结时间 、湿拌表观密度 、28天抗压强度 、28天收缩率 。试验检测方法参照国家行业标准《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ/T70-2009和国家标准《预拌砂浆》GB/T25181附录A的规定进行试验，先试验检测其稠度 、2h 稠度损失率 、保水率 、凝结时间和湿拌表观密度；并制作砂浆试样养护至28天龄期，再试验检测其抗压强度和收缩率。
     4，基准预拌普通砂浆试配依据《砌筑砂浆配合比设计规程》JGJ/T98-2010。
 
      （1）本制强度：fm，0
          fm，0=kf²=5.0*1.2=6.0(MPa)
ɑ按表×取用                     砂浆强度标准差Ó及K值

砂浆强度等级   施工水平	强度标准差Ó（MPa)
	M5	M7.5	M10	M15	M20	M25	M30	K
优良	1.00	1.50	2.00	3.00	4.00	5.00	6.00	1.15
一般	1.25	1.88	2.50	3.75	5.00	6.25	7.50	1.20
较差	1.50	2.25	3.00	4.50	6.00	7.50	9.00	1.25

 
    （2）确定水泥用量：QC
                               1000*（6.0+15.09）
   A：混合砂浆水泥用量（1）QC=                      =163kg/m³
                                   3.03*42.5
 
                             1000*（6.0+15.09）
   混合砂浆水泥用量（2）QC=                      =160kg/m³
                               3.03*43.4
 
 
                              1000*（6.0+15.09）
   混合砂浆水泥用量（3）QC=                      =152kg/m³
                                  3.03*45.7
 
                              1000*（6.0+15.09）
   混合砂浆水泥用量（4）QC=                      =140kg/m³
                                  3.03*50.3
 
 
                              1000*（6.0+15.09）
   混合砂浆水泥用量（5）QC=                      =134kg/m³
                                  3.03*51.8
ɑ、β系数按表取用

特征系数	α	β
数值	3.03	-15.09

 
B：水泥砂浆水泥用量（kg/m³）

砂浆强度等级	M5.0	M5.0	M5.0	M5.0	M5.0	0	0
每立方砂浆水泥用量	163	160	152	140	134	0	0

YC水泥等级值富余系数，按实际统计资料确定。无统计资料时，YC取1.0.
C:确定掺合料用量QD
 QD=QA-QC=350-230=120kg/m³
 QA取300~350kg/m³
D:确定砂子用量QS
     WNC为含水率0.4（%） PA为堆积密度1503（kg/m³）
E:砂浆试配比：QC:QD:QT:QS=163:120:15:1503
5，预拌普通砂浆DMM5.0试验配合比表（3）

序 号	原材料	水泥	黄沙	煤粉灰	添加剂	用水量
	品种规格	P·O42.5	中砂	Ⅱ级	YHYA型	饮用水
1	材料用量（kg)	109	801	80	10	165
2	材料用量（kg)	106	804	80	10	161
3	材料用量（kg)	101	809	80	10	155
4	材料用量（kg)	93	817	80	10	145
5	材料用量（kg)	89	821	80	10	140

 
6，预拌普通砌筑砂浆DMM5.0各项性能指标结果表（4）

水泥     (P·O42.5)	稠度用水量   （%）	水泥加水量   （g)	稠度     (mm)	2h稠度损失率   (%)	保水率   (%)	凝结时间   (h)	湿表密度 (kg/m³)	28天抗压强度   (MPa)	28天收缩率   (%)	砂浆用水量   (kg)
109	28.2	141.0	80	20	89	8.7	1950	7.1	0.14	165
106	28.0	140.0	80	18	90	8.5	1935	7.0	0.13	161
101	27.6	138.0	80	17	90	8.2	1941	6.9	0.13	155
93	26.8	134.0	80	15	89	8.1	1931	7.1	0.14	145
89	26.2	131.0	80	15	90	8.0	1929	7.3	0.14	140

    注：以上预拌普通砂浆是采集具有代表性检测数据作为本试验论证的样品。
四，本试验验证结果及分析
    1，从本对比性试验论证中预拌普通砂浆的用水量大小数据结果表明与水泥标准稠度用水量成正比，随着水泥标准稠度用水量的降低，砂浆用水量也随着降低，而其它各项性能指标符合国家有关规定的指标并相对稳定。特别是砂浆强度、2小时稠度损失率、凝结时间、28天收缩率性能指标都在提高。当砂浆性能指标条件不变时，为达到一定的流动性，砂浆用水量将随着水泥标准稠度用水量的增大而增大；反之随着水泥标准稠度用水量的降低而降低。由以上试验论证可知：欲降低砂浆用水量必须降低水泥标准稠度用水量。
    2，水泥标准稠度用水量对砂浆用水量的影响 ：若水泥标准稠度用水量越大，如果砂浆要达到规定流动度的用水量和砂浆水灰比也会越大、其空隙就越多、密实度就越小，从而使砂浆的力学性能、耐久性能和施工性能下降变差，特别是砂浆强度影响最为明显。从所周知，砂浆强度是反应砂浆整体质量的重要性能指标，从本试验论证中得出，砂浆配方设计三个基本参数：即水灰比、用水量、砂率三个参数中，由两个涉及到水，足见水泥标准稠度用水量在预拌普通砂浆中的重要性。
    3，预拌普通砂浆强度同用水量是成反比，所以为提高砂浆强度必须减少用水量，确保砂浆强度这一刚性指标不变，当砂浆用水量发生变化时，应保持水灰比不变，则相应调整水泥用量。为此，应尽量选用水泥标准稠度用水量小的水泥，控制其质量指标，稳定砂浆产品质量，降低其原材料成本，使砂浆产品品质具有良好的流动性和稳定性。
   结论：经本试验论证预拌普通砂浆中的用水量与水泥标准稠度用水量互相关联和影响着。可以得到如下结论：
    1，对于水泥标准稠度用水量应控制在合适的范围内，据有关文献提供权威数据：当水泥熟料的比表面积在350㎡/kg时，水泥标准稠度用水量在24~26%，普通硅酸盐水泥允许有不超过15%的混合材渗入，也必须严格控制水泥标准稠度用水量≦28.5%。   
2，降低水泥标准稠度用水量也是降低干混砂浆用水量，进而提高其砂浆强度，降低水泥用量，以节约砂浆生产成本具有十分重要的意义。从以上试验验论证中可知，这是一个系统的问题，需要从所涉及到的方面具体分析，找出主要原因，并针对性的采取有效措施方能获得最佳效果。
3，从本试验论证中可以得出：在预拌普通砂浆中无需添加减水剂，况且在低价值的普通砂浆中添加减水剂会大大在增加砂浆的材料成本，而且减水剂的价格不菲，既不现实也不符合实际情况，砂浆企业必须考虑其生产成本因素，标准稠度用水量小的水泥与添加减水剂能达到同样的效果，是砂浆企业节能增效的最佳选择，更是增强企业核心竞争力的有效技术手段。