磁化水對(duì)水泥砂漿性能影響的試驗(yàn)研究
2006-11-27 00:00
1前言
水以一定的流速流過(guò)磁場(chǎng),由于切割磁力線，水的性質(zhì)將發(fā)生變化，而具有與普通水 不同的性質(zhì)，這樣的水稱(chēng)為磁化水。磁化水作為一種十分有效的處理水的技術(shù)，在工農(nóng)業(yè)、 醫(yī)療衛(wèi)生、生物工程等方面均有廣泛的研究和應(yīng)用。由于磁化水的活性增加，當(dāng)它與水泥進(jìn) 行 水化、水解作用時(shí)，水分子能比較容易地由水泥顆粒表面進(jìn)入顆粒內(nèi)部，增強(qiáng)水化、水解作 用，從而提高水泥砂漿的強(qiáng)度。我國(guó)在20世紀(jì)80年代已開(kāi)始將磁化水用于水泥砂漿增強(qiáng)的研 究，但磁化水對(duì)水泥砂漿其它性能的影響則報(bào)道甚少。水作為水泥砂漿的重要組分之一 ，其用量對(duì)水泥砂漿的流動(dòng)性、力學(xué)性能及耐久性能的影響，已經(jīng)得到大家的共識(shí)，但其自 身性質(zhì)的改變對(duì)水泥砂漿性能的影響，還有待于進(jìn)一步深入的研究。為此，本文就磁化水對(duì) 水泥砂漿的性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并對(duì)影響機(jī)理進(jìn)行一定的分析與探討。
水以一定的流速流過(guò)磁場(chǎng),由于切割磁力線，水的性質(zhì)將發(fā)生變化，而具有與普通水 不同的性質(zhì)，這樣的水稱(chēng)為磁化水。磁化水作為一種十分有效的處理水的技術(shù)，在工農(nóng)業(yè)、 醫(yī)療衛(wèi)生、生物工程等方面均有廣泛的研究和應(yīng)用。由于磁化水的活性增加，當(dāng)它與水泥進(jìn) 行 水化、水解作用時(shí)，水分子能比較容易地由水泥顆粒表面進(jìn)入顆粒內(nèi)部，增強(qiáng)水化、水解作 用，從而提高水泥砂漿的強(qiáng)度。我國(guó)在20世紀(jì)80年代已開(kāi)始將磁化水用于水泥砂漿增強(qiáng)的研 究，但磁化水對(duì)水泥砂漿其它性能的影響則報(bào)道甚少。水作為水泥砂漿的重要組分之一 ，其用量對(duì)水泥砂漿的流動(dòng)性、力學(xué)性能及耐久性能的影響，已經(jīng)得到大家的共識(shí)，但其自 身性質(zhì)的改變對(duì)水泥砂漿性能的影響，還有待于進(jìn)一步深入的研究。為此，本文就磁化水對(duì) 水泥砂漿的性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并對(duì)影響機(jī)理進(jìn)行一定的分析與探討。
2磁化對(duì)水質(zhì)的影響
通過(guò)對(duì)磁化水的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，磁化后的水分子會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)和物理的變化，主要表 現(xiàn)在水中溶解氧含量提高4～6mg/L，水的表面張力下降1～3mm/m，水的溶解度提高50％。對(duì) 磁化水進(jìn)行水質(zhì)分析的結(jié)果表明(見(jiàn)表1)：水經(jīng)磁化后，游離二氧化碳有所減少，水的 總硬度和總礦化度也有所減小，說(shuō)明磁化對(duì)水的硬度有一定的影響。
通過(guò)對(duì)磁化水的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，磁化后的水分子會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)和物理的變化，主要表 現(xiàn)在水中溶解氧含量提高4～6mg/L，水的表面張力下降1～3mm/m，水的溶解度提高50％。對(duì) 磁化水進(jìn)行水質(zhì)分析的結(jié)果表明(見(jiàn)表1)：水經(jīng)磁化后，游離二氧化碳有所減少，水的 總硬度和總礦化度也有所減小，說(shuō)明磁化對(duì)水的硬度有一定的影響。
3磁化水對(duì)水泥基本性能的影響
為探討磁化水對(duì)水泥基本性能的影響，對(duì)采用磁化水作拌和水的水泥的體積安定性、凝 結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和水化熱等基本性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究（所用水泥品種為P.O32 .5級(jí)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、3）。
為探討磁化水對(duì)水泥基本性能的影響，對(duì)采用磁化水作拌和水的水泥的體積安定性、凝 結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和水化熱等基本性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究（所用水泥品種為P.O32 .5級(jí)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、3）。
3.1對(duì)水泥體積安定性的影響
硬化水泥漿體的體積變化是一項(xiàng)很重要的性能指標(biāo)。如果水泥在硬化過(guò)程中發(fā)生顯著而不均 勻的體積變化，就稱(chēng)為水泥漿體安定性不良。對(duì)采用磁化水和普通水作為拌和水的水泥 漿體的體積安定性的測(cè)定結(jié)果表明，磁化水對(duì)水泥漿體的體積安定性沒(méi)有影響。
3.2對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響
水泥在加入一定量的水以后經(jīng)過(guò)攪拌形成了具有可塑性的漿體，隨著水泥水化的進(jìn)行，水泥 漿體的稠度逐漸減小并失去流動(dòng)性，保持已有的形狀，這種現(xiàn)象稱(chēng)為凝結(jié)。漿體固化開(kāi)始 即初凝，它表示漿體不再可塑的時(shí)間。完全固化所需要的時(shí)間定為終凝時(shí)間。磁化水對(duì)水 泥凝結(jié)時(shí)間影響的試驗(yàn)結(jié)果表明，磁化水可以縮短水泥的凝結(jié)時(shí)間，其中初凝時(shí)間可以縮短 10min，終凝時(shí)間可以縮短7min。
3．3對(duì)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響
水泥的需水量是水泥獲得一定稠度時(shí)所需的水量。將磁化水作為拌和水進(jìn)行水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用 水量的試驗(yàn)表明(見(jiàn)表2)，與普通水相比，以磁化水作為拌和水的用量可以減少1.2％，但 將磁化水靜置1h后，磁化水與普通水的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量就差異不大 了。這表明剛 磁化的磁化水對(duì)水泥的活性最好，隨著放置時(shí)間的增加，磁化水的活性有所減小。
3．4對(duì)水泥水化熱的影響
水泥水化過(guò)程實(shí)質(zhì)上是打破原化合物的化學(xué)鍵，形成新化合物的化學(xué)鍵，能量重新分配，體 系能量的增量稱(chēng)為熱焓，即水化熱。分別對(duì)以磁化水和普通水拌和的水泥進(jìn)行了水泥水化熱 的測(cè)定。試驗(yàn)表明(見(jiàn)表3)，采用磁化水可以提高水泥的早期水化熱，其7d齡期的水化熱 提高了4％，表明磁化水對(duì)水泥的活性比普通水要高。
硬化水泥漿體的體積變化是一項(xiàng)很重要的性能指標(biāo)。如果水泥在硬化過(guò)程中發(fā)生顯著而不均 勻的體積變化，就稱(chēng)為水泥漿體安定性不良。對(duì)采用磁化水和普通水作為拌和水的水泥 漿體的體積安定性的測(cè)定結(jié)果表明，磁化水對(duì)水泥漿體的體積安定性沒(méi)有影響。
3.2對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響
水泥在加入一定量的水以后經(jīng)過(guò)攪拌形成了具有可塑性的漿體，隨著水泥水化的進(jìn)行，水泥 漿體的稠度逐漸減小并失去流動(dòng)性，保持已有的形狀，這種現(xiàn)象稱(chēng)為凝結(jié)。漿體固化開(kāi)始 即初凝，它表示漿體不再可塑的時(shí)間。完全固化所需要的時(shí)間定為終凝時(shí)間。磁化水對(duì)水 泥凝結(jié)時(shí)間影響的試驗(yàn)結(jié)果表明，磁化水可以縮短水泥的凝結(jié)時(shí)間，其中初凝時(shí)間可以縮短 10min，終凝時(shí)間可以縮短7min。
3．3對(duì)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響
水泥的需水量是水泥獲得一定稠度時(shí)所需的水量。將磁化水作為拌和水進(jìn)行水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用 水量的試驗(yàn)表明(見(jiàn)表2)，與普通水相比，以磁化水作為拌和水的用量可以減少1.2％，但 將磁化水靜置1h后，磁化水與普通水的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量就差異不大 了。這表明剛 磁化的磁化水對(duì)水泥的活性最好，隨著放置時(shí)間的增加，磁化水的活性有所減小。
3．4對(duì)水泥水化熱的影響
水泥水化過(guò)程實(shí)質(zhì)上是打破原化合物的化學(xué)鍵，形成新化合物的化學(xué)鍵，能量重新分配，體 系能量的增量稱(chēng)為熱焓，即水化熱。分別對(duì)以磁化水和普通水拌和的水泥進(jìn)行了水泥水化熱 的測(cè)定。試驗(yàn)表明(見(jiàn)表3)，采用磁化水可以提高水泥的早期水化熱，其7d齡期的水化熱 提高了4％，表明磁化水對(duì)水泥的活性比普通水要高。
4磁化水對(duì)水泥砂漿性能的影響
4.1對(duì)水泥砂漿工作性的影響
水泥砂漿達(dá)到穩(wěn)定和密實(shí)的程度稱(chēng)為水泥砂漿的工作性。工作性的含義包括流動(dòng)性、可塑 性、穩(wěn)定性和易密性四種特性。水泥砂漿的工作性的測(cè)定一般采用流動(dòng)度的測(cè)試方法。
采用磁化水作為拌和水，分別選定0.3、0.4、0.5和0.6四個(gè)水灰比進(jìn)行水泥砂漿流動(dòng)度 的試驗(yàn)。由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)(見(jiàn)圖1)，在同樣條件下，采用磁化水拌和水泥砂漿的流動(dòng)度較采 用普通水拌和的均有所增加，但所增加的幅度不大，平均增加約3.0％。
這是由于磁化水的表面張力減小，對(duì)水泥的活性增加，使得水化反應(yīng)進(jìn)行得更充分，生成的 水泥漿體和凝膠數(shù)量增加，游離水和未水化的水泥顆粒減少，因此，水泥砂漿的工作性得以 提高。
4.2對(duì)水泥砂漿抗壓強(qiáng)度性能的影響
在保持水泥用量不變和水泥砂漿工作性一致的條件下，對(duì)磁化水對(duì)水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的 影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究表明(見(jiàn)圖2、3)：磁化水可以使水泥砂漿抗壓強(qiáng)度提高14％ ～16％。其中3d齡期提高14％左右，7d齡期提高16％左右，28d齡期提高15％左右。 磁化水提高水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度的原理：水分子為極性分子，在普通水中，水分子 相互吸引形成大的分子團(tuán)，未被大分子團(tuán)吸引的單分子水分布在大的分子團(tuán)之間。與大的分 子團(tuán)相比，單分子的物理化學(xué)活性很強(qiáng)，但在普通水中單分子水少，所以水的活性不高，不 能使水泥充分水化，水泥的水化只能在水泥顆粒表面進(jìn)行，而水泥表面的一層膠體膜阻礙了 水泥顆粒的進(jìn)一步水化。當(dāng)水磁化后，水中被氫鍵連接在一起的鏈狀分子集團(tuán)在水磁化時(shí) 受到洛侖茲力的作用而被破壞，裂解成小分子集團(tuán)或單個(gè)的水分子，使更 多的水分子的H和O暴露出來(lái)，而不再被氫鍵連接在一起；另一方面，較小的水分子集團(tuán)的自 由度也增加了，使它們與其它物質(zhì)的分子、原子結(jié)合的機(jī)會(huì)增多，結(jié)合的能力增強(qiáng)。這些 小分子集團(tuán)或單個(gè)的水分子重新排列整齊，增加了水分子間的電性吸引力。由于小 分子集團(tuán)或單個(gè)的水分子物理、化學(xué)活性和滲透力很強(qiáng)，可滲入水泥顆粒內(nèi)部，使水泥充分 水化，從而提高了水泥砂漿的強(qiáng)度。
4.1對(duì)水泥砂漿工作性的影響
水泥砂漿達(dá)到穩(wěn)定和密實(shí)的程度稱(chēng)為水泥砂漿的工作性。工作性的含義包括流動(dòng)性、可塑 性、穩(wěn)定性和易密性四種特性。水泥砂漿的工作性的測(cè)定一般采用流動(dòng)度的測(cè)試方法。
采用磁化水作為拌和水，分別選定0.3、0.4、0.5和0.6四個(gè)水灰比進(jìn)行水泥砂漿流動(dòng)度 的試驗(yàn)。由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)(見(jiàn)圖1)，在同樣條件下，采用磁化水拌和水泥砂漿的流動(dòng)度較采 用普通水拌和的均有所增加，但所增加的幅度不大，平均增加約3.0％。
這是由于磁化水的表面張力減小，對(duì)水泥的活性增加，使得水化反應(yīng)進(jìn)行得更充分，生成的 水泥漿體和凝膠數(shù)量增加，游離水和未水化的水泥顆粒減少，因此，水泥砂漿的工作性得以 提高。
4.2對(duì)水泥砂漿抗壓強(qiáng)度性能的影響
在保持水泥用量不變和水泥砂漿工作性一致的條件下，對(duì)磁化水對(duì)水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的 影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究表明(見(jiàn)圖2、3)：磁化水可以使水泥砂漿抗壓強(qiáng)度提高14％ ～16％。其中3d齡期提高14％左右，7d齡期提高16％左右，28d齡期提高15％左右。 磁化水提高水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度的原理：水分子為極性分子，在普通水中，水分子 相互吸引形成大的分子團(tuán)，未被大分子團(tuán)吸引的單分子水分布在大的分子團(tuán)之間。與大的分 子團(tuán)相比，單分子的物理化學(xué)活性很強(qiáng)，但在普通水中單分子水少，所以水的活性不高，不 能使水泥充分水化，水泥的水化只能在水泥顆粒表面進(jìn)行，而水泥表面的一層膠體膜阻礙了 水泥顆粒的進(jìn)一步水化。當(dāng)水磁化后，水中被氫鍵連接在一起的鏈狀分子集團(tuán)在水磁化時(shí) 受到洛侖茲力的作用而被破壞，裂解成小分子集團(tuán)或單個(gè)的水分子，使更 多的水分子的H和O暴露出來(lái)，而不再被氫鍵連接在一起；另一方面，較小的水分子集團(tuán)的自 由度也增加了，使它們與其它物質(zhì)的分子、原子結(jié)合的機(jī)會(huì)增多，結(jié)合的能力增強(qiáng)。這些 小分子集團(tuán)或單個(gè)的水分子重新排列整齊，增加了水分子間的電性吸引力。由于小 分子集團(tuán)或單個(gè)的水分子物理、化學(xué)活性和滲透力很強(qiáng)，可滲入水泥顆粒內(nèi)部，使水泥充分 水化，從而提高了水泥砂漿的強(qiáng)度。
4.3對(duì)水泥砂漿抗?jié)B性能的影響
新拌水泥漿體的水泥顆粒間被水填充，在硬化的早期仍然會(huì)形成一個(gè)互相連通的毛細(xì)管 系統(tǒng)，因此透水性很高。當(dāng)水化繼續(xù)，這些毛細(xì)管部分被水化物所填充，透水性就降低。 可見(jiàn)，硬化漿體中的孔隙率和孔的連續(xù)性決定其抗?jié)B性。
新拌水泥漿體的水泥顆粒間被水填充，在硬化的早期仍然會(huì)形成一個(gè)互相連通的毛細(xì)管 系統(tǒng)，因此透水性很高。當(dāng)水化繼續(xù)，這些毛細(xì)管部分被水化物所填充，透水性就降低。 可見(jiàn)，硬化漿體中的孔隙率和孔的連續(xù)性決定其抗?jié)B性。
在相同水灰比的情況下，對(duì)采用磁化水及普通水拌和的水泥砂漿的抗?jié)B性能進(jìn)行了測(cè)試。試 驗(yàn)水壓從0.2MPa開(kāi)始，保持2h，以后每隔1h增加水壓0.1MPa，直至所有試件頂面均滲水 為 止。用水泥砂漿的不透水性系數(shù)（每一壓力階段所受水壓和相應(yīng)壓力階段的恒壓時(shí)間乘積之 和）作為評(píng)價(jià)水泥砂漿滲透性的指標(biāo)。由對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，以磁化水拌和水泥砂漿，可 使抗?jié)B性能提高5倍多(見(jiàn)表4)。
這是由于磁化水的活性較普通水強(qiáng)，參與水化 反應(yīng)的水分子的數(shù)量增加，被水泥顆粒包裹的 游離 水減少，生成的水泥漿體數(shù)量增加，從而減小了水泥砂漿的孔隙，提高了水泥砂漿的密 實(shí)度和抗?jié)B性能。
5結(jié)語(yǔ)
（1）磁化水對(duì)水泥的體積安定性無(wú)影響；可以縮短水泥的凝結(jié)時(shí)間；減小水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度的 用水量；提高水泥的早齡期水化熱。
?。?）磁化水可以提高水泥砂漿的工作性；提高水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度；提高水泥砂漿的抗?jié)B 性能。
（1）磁化水對(duì)水泥的體積安定性無(wú)影響；可以縮短水泥的凝結(jié)時(shí)間；減小水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度的 用水量；提高水泥的早齡期水化熱。
?。?）磁化水可以提高水泥砂漿的工作性；提高水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度；提高水泥砂漿的抗?jié)B 性能。
參考文獻(xiàn)
［1］ 姚慶釗，等.磁化水對(duì)水泥混凝土的增強(qiáng)效應(yīng)分析［J］．上海建材，2003,(1):26－27．
［2］張維華，等.磁化水技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用［Ｊ］．建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2001,(2):55－5 6．
［2］張維華，等.磁化水技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用［Ｊ］．建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2001,(2):55－5 6．
摘自：中國(guó)混凝土網(wǎng)
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