點擊藍字關注我們

本文選自《商品混凝土》雜志2024年第4期

不同水質對水泥凈漿及膠砂性能的影響研究

朱王科，張凱峰，羅作球，劉行宇，童小根

［摘要］選用混凝土預拌廠生產中常見的六種水樣，首先通過調整外加劑摻量，研究了各自水泥凈漿基準流動度、經時損失及力學性能變化規律；再研究了各自水泥膠砂流動度、力學性能變化規律及 90d 水化產物微觀形貌差異。結果表明：水泥凈漿基準流動度在 (220±10)mm 范圍內，外加劑摻量在 1.1%～1.7% 之間，除廢漿水的凈漿損失較快，其他水樣的凈漿經時損失曲線均符合二次函數規律。水泥凈漿 28d 抗壓強度在 67.3～81.8MPa，90d 抗壓強度在 78.8～85.0MPa，除去離子水的凈漿后期抗壓強度倒縮明顯，其他水樣凈漿抗壓強度均有不同程度的增長。水泥膠砂流動度在 (210±10)mm 范圍之內，28d 膠砂抗壓強度在 55.3～58.9MPa，90d 膠砂抗壓強度在 56.5～ 65.5MPa，廢漿水早期強度較其他水樣增長緩慢，沖刷水后期強度最高。從試驗結果來看，六種水樣成型的凈漿和膠砂均滿足國標要求；實際生產中應關注廢漿水波動，根據其濃度變化及時調整外加劑中緩凝成分占比。

［關鍵詞］拌合水；水泥凈漿；膠砂；流動度；力學性能

引言

水作為混凝土的主要組成材料之一，同時也是其生產過程中不可缺少的組分^[1]。適當用水量是實現混凝土預期性能及完成水化反應的必需條件。水膠比是影響混凝土整體性能的最主要因素，在原材料、外部環境條件相同的前提下，用水量對混凝土性能起著至關重要的作用^[2-3]。臧文潔^[4]Serag I M^[5]學者的研究表明，在水泥強度等級相同、水化所需結合水充足的情況下，水膠比越小，混凝土結構越致密，強度也就越高。

隨著城市現代化發展，污水治理、中水系統的形成以及規模日益擴大。將中水作為混凝土拌合用水，對于節約水資源、提高水的利用率有著重要意義^[6]。這體現了建筑行業踐行國家雙碳目標戰略及綠色生態文明理念的內在要求。混凝土拌合用的中水特指符合GB/T 189202020《城市污水再生利用、城市雜用水水質》要求的中水。同時，GB 503362018《建筑中水設計標準》已將中水納入到廠站拌合用水的范圍。此外，拌合水還應符合JGJ 632006《混凝土用水標準》的指標要求。標準規定，拌合水所含物質不應對混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土產生有害影響。通過查閱相關文獻^[7-9]，目前還未發現將不同類型的拌合水作為重點來研究。

鑒于此，本論文研究了西安地區混凝土預拌廠日常生產過程中所涉及到六種水樣（去離子水、地下水、自來水、廢漿水、沖刷水及雨水），通過開展一系列水泥凈漿及膠砂試驗，研究了水泥凈漿膠砂工作性能及力學性能的時變規律，表征了90d水泥膠砂水化產物形貌。研究結果為預拌廠實際生產提供了理論指導及技術借鑒。

原材料與試驗方法

1.1原材料

）水泥：選取陜西銅川聲威特種水泥有限公司生產的O42.5水泥，主要性能指標見表

）標準砂：采用廈門艾思歐標準砂有限公司生產的中國ISO標準砂。

）外加劑：選用中建西部建設新材料科技有限公司生產的聚羧酸減水劑，主要性能指標見表

）拌合水：選用預拌廠日常生產涉及到的六種水，其中：基準水，選用實驗室常用到的去離子水；②地下水，選用預拌廠目前生產使用的地下井水；自來水，選用從市政管網接入廠站的生活用水；④廢漿水，選用生產過程中清洗罐車、泵車及攪拌機等設備所產生的廢水；⑤沖刷水，選用目前生產過程中，清洗罐車、泵車與砂、石運輸車輪胎及站內場地時所產生的沖刷水；⑥雨水，主要是指季節性雨水期、特大暴雨等特殊情況下收集匯入廠站蓄水池中的水。

1.2試驗方法

）凈漿試驗

依據GB/T 80772012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》規范標準檢測凈漿流動度，不同水質對凈漿流動度及經時損失的影響。

）膠砂試驗

膠砂攪拌過程參照GB/T 176711999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行；參照GB/T 24192005《水泥膠砂流動度測定方法》檢測膠砂流動度；然后制作40mm40mm160mm的標準試件，在標養條件下養護達到相應齡期，按GB/T 17611999《水泥膠砂強度檢測方法》檢測膠砂試件的抗壓強度。

試驗結果與討論

.1凈漿工作性能

按照GB/T 80772012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》的檢測要求，研究六種不同水質（去離子水、地下水、自來水、廢漿水、沖刷水及雨水）在水泥凈漿流動度在(2205)mm范圍內，對外加劑摻量的影響。具體實施方案及測試結果如表和圖1所示。

結合表3和圖可看出，雖然六種水樣成型的水泥凈漿基準流動度控制在(2205)mm范圍內，對應的外加劑摻量差異較大。其中，廢漿水的摻量最高，為1.7%；其次是地下水，為1.4%；自來水和雨水的摻量一樣，均為1.2%；沖刷水的最低，為1.1%。由此可見，根據目前的試驗結果無法對六種水質成型的水泥凈漿進行流動度與基準摻量的精確對比，所以需要確定一個固定摻量來進一步分析研究。

根據上述試驗結果，進一步研究六種不同水質對固定外加劑摻量（1.2%）水泥的凈漿流動度、經時損失情況，工作性能及力學性能產生的影響規律。具體實施方案及凈漿流動度變化如表和圖2所示。

由表可知，在外加劑摻量固定在1.2%的條件下，從出機開始計時，六種水質拌制的水泥凈漿流動度峰值出現的時間各有不同。廢漿水拌制的水泥凈漿峰值出現最早，為1h；去離子水、地下水和沖刷水均為2h；自來水和雨水最晚，為3h。而且六種水樣的水泥凈漿流動度及經時損失差異很大，0h時在157230mm之間，6h時在63207mm之間。其中，自來水拌制的水泥凈漿出機流動度最大，為230mm；廢漿水的最小，為157mm，而且在4h時就失去流動性。此外，去離子水拌制的水泥凈漿在6h時仍具有較好的流動性，原因是去離子水中幾乎不含有與外加劑分子鏈反應的雜質離子，這能夠使其與水泥顆粒的相互作用更為持久，宏觀上體現為水泥凈漿流動度損失較小。

在外加劑摻量固定在1.2%的條件下，對六種水樣的水泥凈漿流動度及經時損失曲線進行擬合，見圖3。由圖3可知，廢漿水的凈漿曲線比較符合指數函數的變化規律，曲線方程為：

= 248.39e^-0.221x），0.7714

其他五種水樣凈漿曲線更符合二次函數變化規律，以地下水為例，方程為

= -8.4405x+56.917x+168.71），0.9417

原因是試驗開始之前，廢漿水中已含有預先發生過水化反應的水泥顆粒，其水化產物與新的水泥顆粒表面相比較為疏松多孔，這種孔隙結構更易吸附加入到凈漿中的外加劑分子鏈，使得外加劑的減水效果較其他水樣較差，導致廢漿水拌制的水泥凈漿在宏觀上流動度損失過快。因此，在相同試驗條件與固定摻量（1.2%）情況下，不同水質拌制的水泥凈漿流動度及經時損失影響有著明顯差異。

此外，在實驗室操作時還注意到，每次做完流動度測試后，用小鏟將凈漿從玻璃板撥進攪拌鍋時，小鏟、水泥凈漿與玻璃板表面之間的阻力存在較大差異。如果地下水和自來水的力度正常（假定為），那么去離子水和廢漿水的阻力偏大（1.1f），隨著凈漿留置時間的延長甚至出現過粘、抓底現象；沖刷水和雨水的阻力偏?。?/span>0.9f），鏟的時候比較絲滑順暢。所以，將廢漿水單獨作為預拌混凝土生產的拌合水時，其水泥凈漿的損失更為異常，過程中應重點關注其濃度波動對混凝土狀態變化造成影響，隨時調整混凝土配合比中外加劑摻量范圍及其中的緩凝組分含量。至于六種水樣對水泥凈漿的力學性能變化是否有影響，還需進一步研究。

.2凈漿力學性能

為研究六種水樣成型的水泥凈漿在不同齡期的抗壓強度（3d7d14d28d60d90d）發展產生的影響規律，將做完凈漿流動度試驗的水泥凈漿裝入到40mm40mm40mm試模里，并一起放進標養箱（溫度(201)℃，濕度90%RH）進行養護，24h后拆模標記，然后移入標養室（溫度(202)℃，濕度95% RH）繼續養護，到測試齡期時取出進行抗壓測試試驗，六種水樣水泥凈漿抗壓強度如表和圖所示。

由圖可知，3d時，地下水和雨水拌制的凈漿抗壓強度相對較高，分別為62.862.6MPa；廢漿水的強度最低，為48.0MPa，凈漿活性指數為去離子水的80.27%。廢漿水拌制的凈漿3d強度不符合拌合用水的要求（90%）。但是28d時，廢漿水拌制的凈漿強度最高，為81.8MPa，凈漿活性指數為去離子水的104.34%，原因是由于廢漿水中的C-S-H膠凝在后期水化反應中起到了晶核效應，穩定了漿體內部顆粒結構，提高凈漿的密實度和強度；沖刷水的強度相對較低，為67.3MPa，活性指數為去離子水的85.84%；沖刷水拌制的凈漿28d強度不符合拌合用水的要求（90%）。90d，去離子水和廢漿水拌制的凈漿出現不同程度倒縮，其他水樣所拌制的凈漿均有所增長。

.3膠砂力學性能

為按照GB/T 176712021《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》的檢測要求，研究六種不同水質對水泥膠砂流動度及抗壓強度（3d7d14d28d60d90d）發展產生的影響規律。具體實施方案及測試結果如表和圖5所示。

由圖可知，六種水樣對水泥膠砂流動度的影響差異相對較小，基本在(21010)mm范圍內。其中，沖刷水的膠砂流動度最大，為220mm；去離子水和雨水的相對較大，均為215mm；地下水和自來水的相對較小，均為210mm；沖刷水的最小，為205mm

將測完膠砂流動度后的水泥膠砂裝入到40mm40mm160mm試模里，并一起放進標養箱，24h后取出標記拆模，然后移入標養室中進行養護，到相應測試齡期時取出并進行抗折、抗壓強度測試，測試結果見表7和圖6、7。

由圖與圖可知，3d時，地下水的抗折強度最高，為6.7MPa；廢漿水的最低，為5.8MPa，抗折活性指數為去離子水的87.88%，廢漿水成型的膠砂3d抗折強度不符合拌合用水的要求（90%）。28d時，去離子水的抗折強度最高，為8.9MPa；廢漿水的最低，為8.1MPa，抗折活性指數為去離子水的91.01%，廢漿水成型的膠砂28d抗折強度符合拌合用水的要求。

.4膠砂微觀表征

為進一步探明六種不同水質對水泥膠砂強度發展產生的微觀機理，對90d膠砂破型后的水化產物進行表征，通過分析水化產物微觀形貌找到六種水樣之間的差異，六種水樣成型的水泥膠砂90d SEM照片如圖所示。

從圖中可看出，90d時，去離子水成型的水泥膠砂中幾乎看不到新生成的水化產物，表面分布有較多裂縫狀或不規則形的孔隙，這些缺陷降低了膠砂密實度，宏觀上表現為力學性明顯降低，與凈漿抗壓強度出現的倒縮現象一致；地下水的表面較為疏松，此時水化產物以氫氧化鈣（CH）為主，CH晶體在水泥石和集料界面處富集并結晶成粗大晶粒，這種結構穩定性較差，導致其強度較60d有所降低^[5]；自來水的表面缺陷相對與地下水有所減少，水化產物以CH為主，二次水化生成的C-S-H凝膠附著在前期水化產物表面，填充了部分空隙，內部密實度有所提高，所以其抗壓強度高于地下水。廢漿水的表面缺陷較少，水化產物中仍能看到部分C-S-H凝膠和少量鈣礬石（AFt），且組織較為致密，力學性能優良；廢漿水的表面缺陷較少，水化產物中仍能看到部分C-S-H凝膠和少量鈣礬石（AFt），且組織較為致密，力學性能優良；沖刷水的水化產物豐富多樣，仍能清晰看到前期生成的C-S-H凝膠、析出的CH晶體及AFt轉變的AFm三者交叉攀附，使原先分散的水泥顆粒及其水化產物連結起來，構成一個三維空間牢固結合密實的整體，有效填充了前期水化反應殘留空隙，內部組織更為致密，宏觀上表現為力學強度較高^[7]；雨水中的水化產物主要為三元硅酸鈣凝膠和CH晶體，這些水化產物能夠填充部分空隙，提高了膠砂的抗壓強度。

結論

）六種水泥凈漿基準流動度在(22010)mm范圍內，外加劑摻量在1.1%1.7%之間，除廢漿水凈漿損失較快，其他水樣的凈漿經時損失曲線均符合二次函數規律。

）六種水泥凈漿28d抗壓強度在67.381.8MPa范圍，90d抗壓強度在78.885.0MPa之間，除去離子水的凈漿后期抗壓強度倒縮明顯，其他水樣凈漿抗壓強度均有不同程度的增長。

）六種水泥膠砂流動度在(21010)mm范圍之內，28d膠砂抗壓強度在55.358.9MPa范圍，90d膠砂抗壓強度在56.565.5MPa范圍，廢漿水的早期強度較其他水樣增長緩慢，沖刷水的后期強度最高。

）從試驗結果來看，六種水樣所拌制的凈漿及膠砂均滿足國標要求，實際生產中應關注廢漿水的波動，根據其濃度變化及時調整外加劑中緩凝成分的占比。

參考文獻

[1] 楊振輝，畢忠俊，陳維杰，等．水對混凝土性能影響研究綜述[J]．混凝土，2009,(08): 115-116+126

[2] 袁衛東．混凝土拌合水水質檢測試驗分析——以拌合水中 PH、氯離子和硫酸根為例[J]．四川水泥，2020,(05):12

[3] Arel H. Effects of foreign substances in cement mortar mixing water[J]. Advances in Cement Research, 2016,28(3): 167-177.

[4] 臧文潔郭麗萍曹園章內摻氯離子與硫酸根離子在水泥凈漿中的交互作用[J]材料導報2019,33(08): 1317-1321

[5] Serag I M, Ibrahim S, El-Feky S M. Investigating the effect of mixing water dispersion on concrete strength and microstructure[J]. Journal of Building Pathology and Reha-bilitation, 2019,4(1): 1-12.

[6] 丁威冷發光馬冬花中水作為混凝土拌和用水試驗研究[J]混凝土2005,(06): 65-69+79

[7] Montero J, Laserna S. Influence of effective mixing water in recycled concrete[J]. Construction and Building Materials, 2017, 132343-352.

[8] 陶俊酸雨對混凝土樁基腐蝕研究綜述[J]安徽建筑2021,28(04): 108-109

[9] 程永偉污水回用于混凝土拌和用水方面的應用研究[D]昆明昆明理工大學2007

供稿人：朱王科，張凱峰，羅作球等

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規范】

《建筑固廢再生砂粉應用技術規范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術規程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預拌混凝土產品質量追溯規范》團標

【會議培訓】

2025全國混凝土行業創新發展與廢棄物資源再生技術交流大會

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續發展論壇暨2025中國商品混凝土年會

預拌（商品）混凝土應用技術和工藝技能線上培訓

混凝土（砂漿）試驗檢測方法實操教學線上培訓

【咨詢服務】

科技成果評價

預拌混凝土質量追溯研究

高速公路及橋涵高性能混凝土技術咨詢

課題研究

研發中心建設

產品檢測

綠色建材產品認證

[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結構自保溫技術體系》推廣等

【建材“雙碳”業務】

低碳膠凝材料研發與制備

復合摻合料和再生復合摻合料研發與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應用技術

建筑垃圾再生輕粗骨料技術

碳化再生骨料制備技術

【期刊著作】

《新技術在混凝土中的應用》圖書

《常見預拌混凝土質量事故分析百例》圖書

《預拌混凝土企業標準化試驗室建設指南》圖書

混凝土技術發展中心（以下簡稱“中心”）隸屬建筑材料工業技術情報研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國內外混凝土行業科技前沿動態，為全國混凝土行業開展技術服務工作，包括出版技術期刊、研究制定標準、開展技術咨詢、舉辦技術會議、承擔行業培訓、從事認證評價和開發研究等，中心是建材情報所主要業務部門之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業協會分支機構包括中國散裝水泥推廣發展協會混凝土專業委員會、中國散裝水泥推廣發展協會預制建筑產業專業委員會、中國砂石協會建筑固廢利用分會、建筑材料工業技術情報研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺有預拌混凝土質量追溯公共服務平臺、混凝土行業數字化服務平臺、中國商品混凝土行業企業專家委員會（擁有200余名行業一線專家）、北京砼享未來工程技術研究院（會員制技術和管理服務）。

中心每年參與多個混凝土技術咨詢和技術服務項目，包括雄安新區混凝土項目咨詢、河北省多個高速公路高性能混凝土技術咨詢、固廢基膠凝材料和再生復合摻合料研發和制備技術，以及數十個混凝土企業的技術服務工作。開展預拌混凝土綠色產品認證和科技成果評價工作。

咨詢電話：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915

聲明：本文系轉載自互聯網，請讀者僅作參考，并自行核實相關內容。若對該稿件內容有任何疑問或質疑，請立即與鐵甲網聯系，本網將迅速給您回應并做處理，再次感謝您的閱讀與關注。