非化学结合水对硬化水泥浆强度的影响

非化学结合水对硬化水泥浆强度的影响

摘要通过对硬化水泥浆试件进行40℃烘干脱水试验，研究了非化学结合水对硬化水泥浆强度的影响。硬化水泥浆体在脱去非化学结合水的过程中，自由水与吸附水的失去引起硬化水泥浆体的体积收缩，产生内应力，使其抗折强度大幅降低，在完全脱去非化学结合水以后，其抗折强度下降到初始的18%，在此过程中，抗压强度无明显变化。硬化水泥浆脱去非化学结合水的过程是可逆的。在极端条件下，应对孔道压浆实体进行特别防护。

关键词：非化学结合水；化学结合水；硬化水泥浆；强度

中图分类号：g633.8 文献标识码：a 文章编号：

1.前言

混凝土桥梁结构预应力是桥梁建设的关键技术难题，而决定桥梁预应力机构能否安全可靠的核心问题是预应力孔道压浆浆液质量的好坏。预应力孔道压浆浆体在预应力管道中起到传递预应力、缓解桥梁结构在反复载荷作用下对锚具造成疲劳破坏、保护预应力钢绞线等作用。

《公路桥涵施工技术规范》（jtg/t f50-2011）对后张预应力孔道压浆浆液性能指标作出了严格的要求，其中要求孔道压浆浆液28天抗折强度≥10mpa、28天抗压强度≥50mpa。在工作过程中作者发现干燥的水泥浆试件抗折强度很低，甚至达不到标准要求。针对这一问题，思考了诸多影响因素，针对性研究了孔道压浆硬化浆体在不断干燥脱水过程中其强度的变化，也就是本文题目“非化学结合

水对硬化水泥浆强度的影响”。

2.原材料及试验方法

硬化水泥浆体中的水可分为化学结合水和非化学结合水两大类。化学结合水oh¯或中性水分子形式存在，通过化学键或氢键与其他元素连接[1]。化学结合水又称结晶水，强结晶水在高温时才会脱去，弱结晶水在100-200℃以上即可脱去。非化学结合水即为除化学结合水外，以其他状态形式存在的水，其主要包含吸附水以及自由水。非化学结合水不稳定，易失去。将烘箱温度控制在40℃，让28天龄期硬化水泥浆试件逐渐脱去非化学结合水，并测试其抗折、抗压强度。

2.1原材料

⑴水泥：p.ii42.5，福建水泥股份有限公司，3天抗折强度5.0 mpa，3天抗压强度24.3 mpa，28天抗折强度8.2 mpa，28天抗压强度49.3 mpa；

⑵减水剂：cx-8，聚羧酸缓凝型高性能减水剂，福州创先工程材料有限公司；

⑶水：石狮市自来水；

2.2硬化水泥浆试件的制作

按《公路桥涵施工技术规范》（jtg/t f50-2011）要求设计水泥浆配比，制作21组（63根）40×40×160mm水泥浆试件，在无震动，20±2℃，相对湿度＞50%环境下存放24小时硬化后拆模。按c1~c7组编号，每组9根试件，放入同一小水池在标准养护室中养

护至28天龄期。水泥浆配比见表1。

表1水泥浆配比

2.3试件的处理及力学性能测试

将达到28天龄期的c1~c7组水泥浆试件从水池中取出，用湿抹布擦至表干状态，称量每组试件的平均表干重m1、m2…m7，称重后的7组水泥浆试件置于40℃烘箱中，分别恒温干燥0、0.5、1、2、4、24（恒重）、24（恒重）小时。称量c1~c6组试件干燥后平均重量m1＇、m2＇…m6＇，然后立即按《水泥胶砂强度检验方法（iso法）》进行抗折、抗压强度试验，记录平均抗折强度fz1、fz2……fz6，平均抗压强度fy1、fy2…fy6。第c7组经恒温干燥24小时至恒重状态后（表明其已经完全脱去非化学结合水），再将其浸入水中浸泡3天，取出称量其平均表干重量m7＇，并立即进行抗折、抗压强度试验，记录平均抗折强度fz7、平均抗压强度fy7。

3.试验结果及分析

3.1试验结果

通过失水率wi(%)表征干燥过程中非化学结合水的失去比例，计算公式为：

wi (%)=100×（mi- mi＇）/ mi

wi——第i组失水率（%）

mi——第i组表干重（g）

mi＇——第i组干燥后重量（g）

表1失水率与强度汇总表

3.2力学性能分析

通过失水率与抗折、抗压强度关系，分别绘制失水率-抗折强度关系曲线、失水率-抗折强度关系曲线。

从图1可以看出，随着硬化水泥浆体的不断失水，硬化水泥浆抗折强度大幅下降。刚开始失水时硬化水泥浆体的抗折强度降低幅度特别大，随后趋于平稳。第c6组水泥浆试件在40℃烘箱中烘至恒重，表明非化学结合水已经完全失去，此时抗折强度为3.5 mpa，只有其初始强度的18%。

从图2可以看出，随着硬化水泥浆体的不断失水，硬化水泥浆体抗压强度变化并不明显，失去非化学结合水对硬化水泥浆的抗压强度影响很小。

硅酸盐水泥熟料主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙四种矿相组成，水化后生成c-s-h凝胶、氢氧化钙、钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙及其固溶体[2]。其中c-s-h凝胶相对含量约占70%，ca(oh)2约20% ，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙及其固溶体约7%，未完全水化的残留熟料和其他微量组分约3%，各种水化物的相互交织与结合，构成了水泥浆体的强度。c-s-h凝胶结晶程度极差，在硬化水泥浆体中高度分散，其中又包含有数量巨大的微细孔隙即c-s-h凝胶孔，所以硬化水泥浆体具有极大的内表面积。水分子受c-s-h凝胶表面强烈的吸附而高度定向，填充在c-s-h凝

胶孔内，使硬化水泥浆体形成一个有机的整体。

在干燥过程中，非化学结合水逐渐脱去，自由水与吸附水的失去引起硬化水泥浆体的体积收缩，产生内应力。由于抗折强度试验时主要受拉应力，拉应力易在薄弱处集中，细微的体积收缩与内应力都会造成很大的破坏，因此出现图1中“在失去非化学结合水过程中硬化水泥浆抗折强度大幅下降”的情形；而抗压强度试验时硬化水泥浆体主要受压应力，受力面积较大，受细微体积收缩与内应力影响较小，因此出现图2中“在失去非化学结合水过程中硬化水泥浆体抗压强度无明显变化”的情形。

从第c7组试件可以看出，硬化水泥浆体在失去非化学水以后，重新浸水3天，恢复到其初始重量，其抗折强度可以恢复86%。理论上讲其抗折强度可以恢复到100%，但是由于试验条件以及试验方法的局限性，以及化学结合水结合强弱的差别，烘干过程中可能有极少部分化学结合水的失去，造成内部缺陷，导致抗折强度不能完全恢复。

4.结论

1.硬化水泥浆体在脱去非化学结合水过程中，抗折强度大幅下降，在完全脱去非化学结合水后，硬化水泥浆体的抗折强度下降到初始的18%，而抗压强度变化不明显。

2.硬化水泥浆体在完全脱去非化学结合水以后，重新浸水3天，让水分重新填充孔隙，其抗折强度恢复到初始的82%，从某种意义上讲，硬化水泥浆体脱去非化学结合水的过程是可逆的。