摘 要：研究了磁化水對摻緩凝劑水泥的凝結時間、膠砂強度、干燥收縮、水化熱等性能的影響。結果表明：對摻緩凝劑的水泥，磁化水略微提高膠砂流動度和3d抗壓強度，對28d抗壓強度卻無明顯影響、同時還能降低水泥膠砂的干燥收縮；對摻多聚磷酸鈉的水泥，磁化水能縮短水泥的初凝和終凝時間，同時促進水化，使水化放熱峰提前，溫峰降低并且寬化，提高1d、3d放熱量；而對摻檸檬酸的水泥，磁化水能延長水泥的初凝和終凝時間，推遲水化放熱峰的生成，水化溫峰降低且寬化，水化1d放熱量降低，3d放熱量略有提高。
關鍵詞 ：磁化水; 水泥基; 多聚磷酸鈉; 檸檬酸
中圖分類號：TQ172.12 O552.424 文獻標識碼：A 文章編號
混凝土生產中使用緩凝劑可以緩釋水泥水化熱，減少因水化熱而產生的溫度裂縫，使新拌混凝土較長時間保持塑性，方便澆注，提高施工效率，同時對混凝土后期各項性能不會造成不良影響，現已廣泛應用于大跨度高架橋等預應力混凝土、大壩混凝土，滑模施工混凝土以及流化混凝土中。近年來，隨著科學的發展，磁化水正逐漸應用于生活、建筑、軍事、航空等眾多的領域。使用磁化水拌和混凝土可以促進水泥水化，提高水泥混凝土強度、降低單位水泥用量正逐步被人們所認識，越來越多的混凝土攪拌站都采用磁化水來拌合混凝土。但是以往的研究主要側重于緩凝劑與減水劑或材料體系的相容性、磁化水對水泥混凝土的性能影響等方面的研究[1-5]，而對磁化水與緩凝劑對水泥水化及漿體結構發展的影響研究的較少。
選用無機緩凝劑多聚磷酸鈉和有機緩凝劑檸檬酸，采用磁化水拌合水泥，對砂漿強度、砂漿收縮率和水化熱進行了試驗研究,探討磁化水與緩凝劑同時使用對水泥漿體結構形成及發展的影響。
1 實驗
1.1試驗原材料
本研究所采用的水泥是亞東水泥集團公司生產的P·O 42.5水泥，化學成分見表1；標準砂是廈門艾思歐標準砂有限公司生產的ISO標準砂，符合GB/T17671規定；緩凝劑選用多聚磷酸鈉和檸檬酸。磁化水為自來水經過磁化裝置后所得，磁化裝置采用永久磁鐵，磁場強度為0.67T，磁化時水流量約166L/H。
1.2試驗方法
膠砂強度試驗參照GB/T17671-1999進行，標準稠度用水量、凝結時間測定依據GB/T1346-2001。
應用自行研制的自動高效水化熱測定儀(實驗方法按GB2022-80進行)，在線測定所需齡期內所放出的水化熱(取W/C為0.35)[6]。
干燥收縮試驗采用水泥膠砂試件，尺寸25mm×25mm×280mm，在溫度20±2℃、RH≥50%的成型室里成型，成型后放入溫度為20±1℃、RH≥90%的標準養護室中帶模養護1d后拆模，然后在水中養護2d后取出測定試件長度作為初始讀數,再將試件放入溫度為20±3℃、RH為50±4%的干燥室中養護,分別測定4d,11d,18d,25d的長度,測長齡期從試件放入干燥室中養護時算起。
2 結果與分析
2.1 磁化水對摻緩凝劑水泥標準稠度用水量和凝結時間的影響
在使用緩凝劑時，采用磁化水和普通自來水拌和水泥，測得水泥標準稠度用水量和凝結時間，試驗結果見表2。其中多聚磷酸鈉和檸檬酸的摻量分別為0.15％和0.1％。
表2 緩凝劑與磁化水共同作用時對水泥標準稠用
從表2可以看出，磁化水與不同緩凝劑復合使用對水泥的標準稠度用水量的影響不大，而對凝結時間的影響卻各不一樣。
當使用多聚磷酸鈉作為緩凝劑時，與普通自來水相比，用磁化水拌合水泥，初凝、終凝時間分別縮短了95min、110min。Na5P3O10與漿體溶液中的Ca2＋反應生成不溶性的磷酸鈣[7]，覆蓋在熟料相表面，從而阻止了正常的水化進程。但在磁化水中，磷酸鈣的溶解度增大[8]，致使磷酸鈣層變薄，對水泥水化的阻礙作用減弱，所以使用多聚磷酸鈉作為緩凝劑，相比用普通自來水拌合水泥，采用磁化水能縮短水泥凝結時間。
而當使用檸檬酸作為緩凝劑時，用磁化水拌合水泥，初凝、終凝時間卻分別延長了85min、75min。這主要是由于檸檬酸絡合漿體中的Ca2＋，并以一定濃度存在漿體溶液中，延遲CH和C-S-H的生成[9]。磁化水的活性比自來水高，絡合物在磁化水中的溶解度提高[8]，絡合了更多的Ca2＋，檸檬酸的緩凝效果更加明顯，導致水泥的凝結時間延長。
2.2磁化水對摻減水劑水泥膠砂強度的影響
緩凝劑與磁化水共同作用時對水泥膠砂流動度和膠砂強度的影響見表3。
從表3的數據可以看出，磁化水拌制水泥漿體，漿體的流動性會比普通水略有提高，但是效果不明顯。漿體流動性略微提高的原因主要是磁化水對團聚的水泥顆粒具有分散作用，釋放出一部分包裹的拌合水，增加拌合物的流動性[10-11]。
當多聚磷酸鈉和檸檬酸作為緩凝劑時，使用磁化水后，水泥3d抗壓強度由19.3 MPa、11.0 MPa分別提高了1.0 MPa、5.4 MPa；考慮到誤差因素,可以說磁化水對水泥28d抗壓強度幾乎不產生影響。主要原因是磁化水經過磁化后，產生具有較高活性的水分子，促進水化，但是這種效應隨著時間而降低，安燕、劉云等的研究[12]表明，磁化水的活性具有松弛性，松弛時間約為15天左右。也就是說，大約15天以后磁化水的性能與普通水性能已基本相同。這樣通過磁化產生的活性較高的水分子在早期水化反應中已消耗殆盡，隨著水泥顆粒表面凝膠層增厚和變密，磁化水分子和普通水分子一樣都難以滲透至內部發生水化反應，致使磁化水試件與普通水試件后期強度幾乎無差別。
2.3磁化水對摻緩凝劑水泥膠砂干縮的影響
采用多聚磷酸鈉和檸檬酸作為緩凝劑時，不同水樣對水泥干縮的影響見圖1。
從圖1可以看出使用磁化水拌合水泥，能明顯降低水泥的干燥收縮，采用多聚磷酸鈉、檸檬酸作為緩凝劑，磁化水使水泥膠砂3d干縮率分別由1.9×10－4、2.91×10－4下降至1.50×10－4、2.32×10－4，降幅分別達到了21.1％和20.3％；水泥膠砂28d干縮率分別由4.7×10－4、5.87×10－4下降至3.9×10－4、5.28×10－4，降幅分別達到了17.0％和10.1％。
干燥收縮產生的主要原因是砂漿中毛細管作用力，這種作用力對毛細管管壁產生壓力，因此，在毛細管水蒸發過程中，砂漿處于不斷增強的壓縮狀態中，導致外觀體積的縮小。毛細管作用力可表達為[13-14]:
式中 As為毛細管張力的作用面積(m2)；
γ為毛細孔隙溶液表面張力(N/m)；
γs為毛細孔隙水彎液面的曲率半徑(m)
從式(1)中可以看出，毛細管作用力的大小與毛細孔隙溶液表面張力成正比，當使用磁化水來拌制水泥漿體時，磁化水比普通自來水的表面張力小[15-16]，當其它參數保持不變的情況下，磁化水能減小漿體中的毛細管作用力，從而降低水泥漿體的收縮應變。
2.4磁化水對摻減水劑水泥水化熱的影響
磁化水對摻緩凝劑水泥水化熱性能的影響見表4和圖2。
從表4和圖2可以看出，當使用多聚磷酸鈉做緩凝劑，采用磁化水拌合水泥，水化第二放熱峰提前，最高溫峰降低且溫峰變寬，同時水泥水化1d和3d放熱量Q(1d)、Q(3d)增大。可見，磁化水具有弱化多聚磷酸鈉緩凝效果的能力。而當使用檸檬酸做緩凝劑，采用磁化水拌合水泥，水化第二放熱峰延遲，最高溫峰降低，水化1d的放熱峰Q(1d)略有降低，至3d后，緩凝劑對水泥水化歷程的影響已經很小，而磁化水促進水泥水化，比較使用自來水，Q(3d)增大，這說明磁化水能促進檸檬酸發揮其緩凝效果。
3 結論
(1)磁化水能縮短摻多聚磷酸鈉水泥的初凝和終凝時間，分別縮短95min和110min；延長摻檸檬酸水泥的初凝和終凝時間，分別延長85min和65min。
(2)磁化水能略微提高水泥砂漿的流動性，提高幅度不明顯；能夠提高摻多聚磷酸鈉、檸檬酸水泥的早期強度，3d強度分別提高1.0M Pa、5.4M Pa，但是對水泥28d強度無明顯影響。
(3)磁化水能降低摻多聚磷酸鈉、檸檬酸水泥的干燥收縮，水泥膠砂3d干縮率分別下降了21.1％和20.3％；水泥膠砂28d干縮率分別下降17.0％和10.1％。
(4)磁化水拌合摻多聚磷酸鈉水泥，使水化第二放熱峰提前，最高溫峰降低且溫峰變寬，同時水泥放熱量Q(1d)、Q(3d)增大；而用磁化水拌合摻檸檬酸水泥，使水化第二放熱峰延遲，最高溫峰降低，水化放熱峰Q(1d)略有降低，Q(3d)增大。
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