铁尾矿石粉细度对水泥浆体相容性的影响研究

刘骏超 李崇智

（北京建筑大学北京高等学校“工程结构与新材料”研究中心，北京 100044）

相容性是指在同一个连通的体系中，存在两个或多个独立的个体，个体之间相互作用、相互影响，最终对整个体系产生合力影响。相容性的优良直接影响体系所呈现出的效果[1]。标准JC/T1083-2008对减水剂-水泥体系的相容性进行量化，即使用相同的减水剂或者水泥时，由于其中之一的质量变化引起水泥浆体的流动性与经时损失变化，以及获得相同流动性情况下，所加入减水剂量的变化程度。根据定义，对减水剂-水泥体系[2]进行引申，将石粉引入体系，对减水剂-水泥-石粉体系进行研究，研究石粉细度的变化对体系性能的影响，包括初始净浆流动度、经时流动度损失、Zeta电位经时变化。由于级配的连续性，粒径在0.075mm~0.15mm之间的颗粒也列入石粉的研究范围。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

（1）水泥

采用北京金隅P.O42.5水泥，性能指标如表1所示。

（2）石粉

选用北京首云矿业有限公司生产的铁尾矿砂，对铁尾矿砂进行碾磨处理，不同碾磨时间制成不同细度的石粉，分别制备出D0.15、D0.075和D0.045三个级别，D0.075表示石粉中90%的颗粒粒径小于0.075mm，其它依此类推。

表1 水泥性能指标

（3）外加剂

北京某公司生产的缓释型聚羧酸减水剂，固含量均为20%，含气量1.5%，减水率大于26%，符合《混凝土外加剂》（GB8076-2008）和《聚梭酸系高性能减水剂》（JG/T223-2007）的要求。

1.2 试验方法

（1）水泥净浆试验方法

将《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB/T8077-2000）中净浆制备的方法稍加改动，净浆制备时，先将三种细度的石粉以外掺的方式加入水泥，再倒入锅中搅拌，石粉掺量为水泥质量的5%，水泥用量为300g，水与外加剂总量为87g，其它步骤与标准试验方法一致。净浆制备完成后，每隔半小时对净浆的流动度进行测定，测定时间点分别为初始、30min、60min和90min。

（2）Zeta电位试验方法

采用上海中晨数字设备有限公司生产的JS94H型微电泳仪进行Zeta电位试验，取0.1g制备好的水泥净浆掺入100g去离子水中，用玻璃棒搅拌15s，静置1min，取上层清液滴加入电泳仪比色皿中，放入仪器进行Zeta电位测定。每隔30min对净浆试样进行Zeta电位测定，测定时间紧随净浆流动度试验。

图1 减水剂掺量0.6%时的净浆经时流动度

图2 减水剂掺量0.7%时的净浆经时流动度

图3 减水剂掺量0.6%时的净浆Zeta电位

2 结果与分析

2.1 净浆流动度试验

图1是减水剂掺量0.6%时净浆的经时流动度情况。从图中可看出，不掺石粉的空白组净浆经时变化较小，流动度基本为240mm，90min流动度损失为0mm，说明减水剂与水泥的相容性较好；掺入石粉D0.15的净浆流动度经时变化较小；

掺入石粉D0.075和D0.045的净浆初始流动度相较于前两组有所下降，说明石粉越细，需水效应越明显；随着时间推移，后两组的流动度损失不断增加，但掺入石粉D0.045的净浆流动度损失小于掺入D0.075的组别。这说明石粉的分散作用[3]与石粉自身的性质有关。

分析其原因：石粉颗粒越细，在减水剂的作用下颗粒更易分散，使被包裹的水分被充分释放，从而降低了净浆流动度损失。提高减水剂掺量后该现象更加明显，从图2可看出，掺入石粉D0.045的经时流动度损失明显低于掺入石粉D0.075的组别；同时还发现，提高减水剂掺量也可增大各组净浆流动度，并降低流动度损失，减水剂掺量的提高使更多阴离子吸附在水泥颗粒表面，增大了颗粒间的静电斥力和空间位阻效应，减小了水泥颗粒之间的摩擦，从而提高了净浆流动度。

图4 减水剂掺量0.7%时的净浆Zeta电位

2.2 Zeta电位试验

图3 和图4分别表示不同减水剂掺量下石粉细度对净浆Zeta电位的影响。Zeta电位的大小代表者颗粒表面阴离子电荷的多少，所带电荷越大，说明颗粒表面吸附的减水剂分子越多，颗粒之间的分散性越好。从图3中可看出，不掺石粉的净浆Zeta电位相对较高，30m in时的Zeta电位达到-10.1mv，随着时间的推移，减水剂的分散效果不断增强，不掺石粉和掺石粉D0.045的净浆Zeta电位呈上升趋势，30m in时达到最大值；随着时间进一步推移，减水剂分散效果逐渐减弱，颗粒表面的双电层中阳离子数量越来越多，Zeta电位逐渐回落；提高减水剂掺量可增大颗粒表面阴离子数量，使Zeta电位整体增大，净浆则表现出更好的流动性。

从图4中发现，掺石粉D0.045的净浆经时Zeta电位变化较小，而其它组的Zeta电位均随时间推移而不同程度的减小，究其原因，可能是石粉D0.045的颗粒粒径较小，同等掺量下具有更多颗粒数量，这些细小的石粉颗粒吸附减水剂分子后形成了空间位阻，因此随着时间的推移，掺石粉D0.045的净浆Zeta电位较稳定。

结论

（1）当减水剂掺量为0.6%时，细度为D0.075的铁尾矿石粉初始净浆流动度为225mm，90min为160mm，低于其它细度的石粉，吸附减水剂的能力最强，需水行为最明显，铁尾矿石粉吸附外加剂能力的强弱关系为：石粉D0.075＞石粉D0.045＞不掺石粉＞石粉D0.15。

（2）当减水剂掺量为0.6%时，不掺石粉的水泥净浆30min的Zeta电位值最大，为-10.1mv，此时水泥净浆的分散性最佳，各组水泥净浆Zeta电位的强弱关系为：不掺石粉＞石粉D0.045＞石粉D0.075＞石粉D0.15。

（3）随着减水剂掺量的提高，水泥净浆初始流动度和Zeta电位均整体呈增大趋势，且经时变化趋于稳定。

[1] 郭清春。聚羧酸减水剂与减缩剂的相容性研究.重庆大学,2012。

[2] 李崇智，冯乃谦，牛全林。高性能混凝土的研究与应用-第五届全国高性能混凝土学术交流会论文，2004。

[3] 文俊强。石灰石粉作混凝土掺合料的性能研究及机理分析[D]。北京:中国建筑材料科学研究总院，2010。