一种采用全自动真密度仪测试缓凝剂缓凝效果的方法

摘要

本发明涉及一种采用全自动真密度仪测试缓凝剂缓凝效果的方法。具体步骤为：按试验比例将水泥、水及缓凝剂拌合均匀，利用全自动真密度仪对一定量的浆体进行连续的真密度测试，通过统一的换算得到一定质量（如100g）浆体自水化开始至凝结硬化过程中的浆体真实体积随时间变化的曲线，从曲线上读取真实体积开始急剧下降和再次稳定的拐点时间，并分别记为初凝时间和终凝时间，然后利用凝结时间和凝结时间差对缓凝剂的缓凝效果进行评价。使用本发明可准确、全面地对缓凝剂的缓凝效果进行测试，提供便利、简易的评价缓凝剂缓凝效果的方法，并可直观的用来指导实践应用。

说明书

技术领域

本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种采用全自动真密度仪测试缓凝剂缓凝效果的方法。

背景技术

缓凝剂是一种能够推迟水泥水化反应并延长混凝土凝结时间的外加剂。使用缓凝剂可使新拌混凝土在较长时间内保持塑性，方便浇注，提高施工效率，同时不会对混凝土后期各项性能造成不良影响。

目前，针对缓凝剂缓凝效果的评价方法比较局限，最为常用的方法为《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GBT1346-2011）规定的凝结时间和凝结时间差的测定。该方法所用仪器为标准维卡仪，测定凝结时间之前需预先测定标准稠度用水量，再按照标准稠度用水量制备水泥净浆，测定水泥净浆的初凝时间和终凝时间。该方法的优点是方便、快捷，缺点是存在较大的人为误差，主要体现在操作过程及读数方面的偶然性，尤其是在确定终凝时间时的人为误差更加明显。

随着科技的进步，国内外学者也尝试利用一些新的手段来评价缓凝剂的缓凝效果，如水化温升、X射线衍射、低场核磁共振、电阻法等方法。虽然这些方法均具有一定的可行性，但其测试结果或者模糊，或者间接，或者片面，均不能直观、全面的评价缓凝剂的缓凝效果。

综合考虑传统方法及新手段的优缺点，理想的测试方法须同时具备以下特点：（1）准确性：采用该方法可以准确测得水泥浆体的某一特性，该特性可以直接反映水泥水化进程或浆体流变性的变化；（2）全面性：该方法可以测得水泥浆体从开始失去塑性（初凝）到完全失去塑性（终凝）的全过程；（3）易操作性：该方法可以被业内人士广泛采用。

美国康塔仪器公司生产的UltraPyc1200e型全自动真密度分析仪就是一个理想的选择：（1）该仪器可以准确得到浆体的真实体积（精确到0.0001ml），而浆体真实体积的变化情况正是水泥水化进程的宏观体现；（2）该仪器可以进行连续测试，得到水泥自水化开始的真实体积变化，体积变化曲线有比较明显的拐点；（3）该仪器操作简单易行，设置好参数之后即可自动运行并记录数据。

UltraPyc1200e型全自动真密度仪是根据阿基米德定律置换流体法和波义耳定律来测定体积，在常温常压下即可完成测试。根据阿基米德定律置换流体法，用标准体积钢球标出样品池V_C和附加参考池V_A体积后，再测出放入试样后样品池和附加参考池的体积变化，即可得到试样的不可透过体积V_P（即真密度对应的真实体积）。其中，校准和测试过程都是根据波义耳定律理想气体方程PV=nRT，由全自动真密度仪及其内置计算软件自动实现。该仪器可采用氦气作为气氛，在加压作用下，能够有效渗透到水泥试件的内部孔隙中，从而精确的测到试件的真实体积。

应用全自动真密度仪测试缓凝剂缓凝效果，在国内尚属首次。

发明内容

本发明目的在于提供一种采用全自动真密度仪测试缓凝剂缓凝效果的方法。

本发明提供的方法采用UltraPyc1200e型全自动真密度仪进行实施，仪器参数为：压力设置为19psi，平衡时间设置为AUTO(0)，除杂选项设置为Pulse*10，运行模式设置为MultiRun*100，样品池种类设置为Middle。采集到的数据为水泥浆体水化过程中的真实体积，将采集到的真实体积数据进行统一的质量换算，得到一定质量的水泥浆体自水化开始到凝结硬化过程中真实体积随时间的变化曲线，读取曲线上真实体积开始急剧下降和再次稳定的拐点时间作为初凝时间和终凝时间，利用凝结时间及凝结时间差来评价缓凝剂的缓凝效果。

本发明提出的采用全自动真密度仪测试缓凝剂缓凝效果的方法，具体步骤是：

（1）反应开始之前，利用全自动真密度仪测得样品瓶的体积V₁、水泥的真密度ρ、缓凝剂的真密度ρ_r及水的真密度ρ_w；

（2）水泥加水后搅拌均匀得到水泥浆体，取出质量为M的水泥浆体装入体积为V₁的样品瓶中，并立即利用全自动真密度仪进行连续测试，直到其体积基本不变为止，得到其真实体积V_t的变化规律；

（3）将采集到的真实体积V_t数据进行计算，得到水泥浆体自水化开始到凝结硬化的真实体积变化ΔV(t)，其计算公式如下：

（I）

式中：

ΔV(t)——水泥浆体在水化开始后t时刻的真实体积变化量，ml；

V_t——全自动真密度仪测得的样品瓶与水泥浆体在水化开始后t时刻的真实体积之和，ml；

V₁——全自动真密度仪测得的样品瓶的真实体积，ml；

M——装入样品瓶中的水泥浆体质量，g；

μ——水胶比，1；

β——缓凝剂的掺量，%；

ρ——水泥的真密度，g·cm^-3；

ρ_r——缓凝剂的真密度，g·cm^-3；

ρ_w——水的真密度，g·cm^-3；

（4）以水化时间t为横坐标，以水泥浆体在水化开始后t时刻的真实体积变化量ΔV(t)为纵坐标，作掺该种缓凝剂水泥浆体的真实体积变化曲线，从图中读取ΔV(t)开始急剧下降和再次稳定时的拐点时间，并分别记为初凝时间t₁和终凝时间t₂；

（5）利用初凝时间t₁和凝结时间差（t₁-t₂）来评价缓凝剂的缓凝效果；

（6）针对不同掺量的不同缓凝剂，重复进行步骤（1）~（5），分别得到不同缓凝剂在不同掺量的凝结时间及凝结时间差的变化规律。

本发明中，步骤(1)和步骤(2)中控制全自动真密度仪压力设置为19psi，平衡时间设置为AUTO(0)，除杂选项设置为Pulse*10，运行模式设置为MultiRun*100，样品池种类设置为Middle。

本发明中，对步骤(2)中的水泥浆体制备有以下要求：

水胶比：0.25-0.40；

搅拌时间：1min-3min；

装样品时间：1min-3min；

试验容器：25ml样品瓶，上口径40mm，下口径30mm，高34mm，厚1mm。

试样量：同一系列试验保持相近的试样量。

本发明可为缓凝剂缓凝效果测试提供一种相对快速、便利、较为准确的测试方法。

附图说明

图1为试验所用样品瓶；

图2为实施例1中掺六偏磷酸钠水泥浆体真实体积变化量；

图3为实施例1中六偏磷酸钠对水泥浆体凝结时间的影响；

图4为实施例2中掺葡萄糖酸钠水泥浆体真实体积变化量；

图5为实施例2中六偏磷酸钠对水泥浆体凝结时间的影响。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1，试验材料：水泥为江南-小野田P·Ⅱ52.5级，ρ₁=3.216g·cm^-3；水为自来水，ρ_w1=1.053*g·cm^-3；缓凝剂为六偏磷酸钠，分子式为(NaPO₃)₆，ρ_r1=2.484*g·cm^-3；水胶比μ₁=0.274；缓凝剂掺量β₁、取样质量M₁、样品瓶体积V₁如表1所示。由于样品瓶与水泥浆体在水化开始后t时刻的真实体积之和V_t1数据量巨大，这里就不一一列出，只选取t=540min时刻的数据进行举例说明。试验仪器及参数为：压力设置为19psi，平衡时间设置为AUTO(0)，除杂选项设置为Pulse*10，运行模式设置为MultiRun*100，样品池种类设置为Middle。

表1掺缓凝剂六偏磷酸钠水泥浆体的样品参数

将以上参数及V_t1数据带入公式（I）计算得到水泥浆体在水化开始后t时刻的真实体积变化ΔV(t)并作图，结果如图2所示。这里以SM-0.05%组在t=540min的ΔV_SM-0.05%(t=540min)的计算为例，具体计算过程如下所示：

读取ΔV(t)开始急剧下降和再次稳定的拐点时间为初凝时间t₁和终凝时间t₂，如表2所示，六偏磷酸钠对水泥浆体凝结时间的影响见图3。可以发现，随着六偏磷酸钠掺量的增加，初凝时间和终凝时间均逐渐增加，初凝时间的增加幅度逐渐减小，而终凝时间的增加幅度则是逐渐增大，凝结时间差则是出现了先减小后增大的趋势。该种缓凝剂在掺量较小时（0.10%以内）即可达到比较好的缓凝效果（7h-12h），并且与基准组有接近的凝结时间差，不会影响水泥的正常凝结硬化，是比较理想的缓凝剂。但是在掺量较大时，其缓凝效果则会明显降低，初凝时间增加较少但凝结时间差增加较大，影响正常施工。因此，该类缓凝剂应根据施工要求控制在一定的掺量范围内。

表2掺缓凝剂六偏磷酸钠水泥浆体的凝结时间

编号β₁/%初凝时间t₁/min终凝时间t₂/min凝结时间差(t₂-t₁)/minSM-blank0 320895575SM-0.05%0.055401000460SM-0.10%0.107001270570SM-0.15%0.157901575785

实施例2，试验材料：水泥为江南-小野田P·Ⅱ52.5级，ρ₂=3.216*g·cm^-3；水为自来水，ρ_w2=1.053g·cm^-3；缓凝剂为葡萄糖酸钠，分子式为C₆H₁₁NaO₇，ρ_r2=1.763g·cm^-3；水胶比μ₂=0.274；缓凝剂掺量β₂、取样质量M₂、样品瓶体积V₂如表3所示。由于样品瓶与水泥浆体在水化开始后t时刻的真实体积之和V_t2数据量巨大，这里就不一一列出，只选取t=540min时刻的数据进行举例说明。试验仪器及参数为：压力设置为19psi，平衡时间设置为AUTO(0)，除杂选项设置为Pulse*10，运行模式设置为MultiRun*100，样品池种类设置为Middle。

表3掺缓凝剂葡萄糖酸钠水泥浆体的样品参数

编号β₂/%M₂/(g)V₂/(ml)V_t2/(ml)blank0 37.37822.234818.1842SM-0.05%0.0539.09882.217119.2523SM-0.10%0.1040.42892.142719,8759SM-0.15%0.1539.78042.229219.7522

将以上参数带入公式（I）计算得到水泥浆体在水化开始后t时刻的真实体积变化ΔV(t)并作图，结果如图4所示。这里以SG-0.05%组在t=540min的ΔV_SG-0.05%(t=540min)的计算为例，具体计算过程如下所示：

读取ΔV(t)开始急剧下降和再次稳定的拐点时间为初凝时间t₁和终凝时间t₂，如表4所示，葡萄糖酸钠对水泥浆体凝结时间的影响见图5。可以发现，随着葡萄糖酸钠掺量的增加，初凝时间、终凝时间和凝结时间差均在逐渐增加，而且其增加幅度也是逐渐增大。在掺量较小（0.10%以内）时，该种缓凝剂即可大大延长初凝时间（7h-15h），但同时也会明显增大凝结时间差，严重影响凝结硬化。因而，该种缓凝剂的对初凝时间的推迟比较明显，但是总体的缓凝效果不是很理想，掺量不宜过大，应根据施工要求慎重选择掺量。

表4掺缓凝剂葡萄糖酸钠水泥浆体的凝结时间

编号β₂/%初凝时间t₁/min终凝时间t₂/min凝结时间差（t₂-t₁）/minblank0 320895575SG-0.05%0.055501250700SG-0.10%0.108801700820SG-0.15%0.15145025651115