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    芬蘭Kibron專注表面張力儀測量技術,快速精準測量動靜態(tài)表面張力

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    強紫外線輻射對減縮劑抑制水泥石干縮變形效果研究(二)

    來源:鐵道科學與工程學報 瀏覽 672 次 發(fā)布時間:2024-11-18

    1試驗


    1.1材料


    采用中聯(lián)水泥集團有限公司生產的PO 42.5水泥(PC),比表面積為365 m2/kg;其化學組成如表1所示。

    表1水泥化學成分分析結果


    選用江蘇蘇博特新材料股份有限公司研發(fā)的SRAⅠ聚醚型減縮劑(SRA),基本物化特性如表2所示。

    表2減縮劑性能


    1.2試驗設計


    采用0.34的水灰比,選取減縮劑質量摻量為0%、1%、2%及3%,減縮劑質量摻量為減縮劑質量占水泥質量的百分比,水泥凈漿配合比如表3所示。減縮劑與拌合水一同加入,成型尺寸為25 mm、25 mm、280 mm的水泥凈漿試件,進行干燥收縮、質量損失及熱重分析(TG/DTG)、孔隙結構(MIP)測試。配制含有減縮劑(質量濃度為0、1%、2%、3%)的飽和Ca(OH)2溶液,進行表面張力測試。

    表3水泥凈漿配合比


    1.3試驗環(huán)境


    本研究所需的環(huán)境相對濕度(RH 60%±5%)通過NaBr飽和溶液來控制。


    1.3.1標準干燥環(huán)境


    采用環(huán)境模擬箱實現(xiàn),環(huán)境參數(shù)為:溫度20℃±2℃、相對濕度60%±5%、輻照度0 W/m2,如圖1(a)。

    圖1試驗環(huán)境示意圖

    (a)標準干燥環(huán)境試驗箱;(b)強紫外線輻射環(huán)境試驗箱


    1.3.2強紫外線輻射模擬環(huán)境


    根據(jù)氣象資料,中國高原地區(qū)的年平均輻射量為6 000~9 000 MJ/m2,其中紫外線輻射量占總輻射量的7%。根據(jù)公式(1)計算,高原地區(qū)的日平均紫外輻照度為13~20 W/m2。

    Q=T*t (1)

    式中:T為試驗輻照度,W/m2;t為試驗時長,s;Q為輻射量,MJ/m2。


    考慮試驗速度,本研究采用每日最大紫外線輻射量進行試驗研究。試驗環(huán)境采用環(huán)境模擬箱進行,燈管與試件表面的距離設置為50 mm,輻射度計實測的輻照度為2 000μ2,即20 W/m2,如圖1(b)所示。


    強紫外線輻射的環(huán)境參數(shù)為:輻照度20 W/m2、溫度20℃±2℃、相對濕度60%±5%。


    1.3.3白熾燈照射環(huán)境


    紫外線輻射存在微弱的熱效應(2℃),而溶液對溫度的敏感度極高。因此,在減縮劑溶液的表面張力測試試驗中加設了白熾燈照射環(huán)境,以排除熱效應的影響。


    設置方法:調節(jié)紫外燈到溶液表面的距離,使溶液表面輻照度達到20 W/m2;待系統(tǒng)溫度穩(wěn)定后,使用高精度工業(yè)紅外線測溫儀測量溶液表面溫度并記錄為T1;調節(jié)白熾燈到溶液表面的距離,使穩(wěn)定后的溶液表面溫度為T1。


    為了更方便地表述,本文將標準干燥環(huán)境記為N,強紫外線輻射環(huán)境記為UV,白熾燈照射環(huán)境記為B。


    1.4試驗方法


    1.4.1干燥收縮/質量損失


    水泥石干燥收縮實驗參照《水泥膠砂干縮試驗方法》(JC/T603—2004)進行。根據(jù)配合比成型相應數(shù)量的試件(每組3個試件),試件成型1 d(24±2 h)后脫模并進行標準養(yǎng)護至3 d,用比長儀測試初始長度L0,用0.01g高精度電子天平稱量初始質量m0。此后將試件分別放至標準干燥環(huán)境與強紫外線輻射環(huán)境進行暴露養(yǎng)護,定期測試相應齡期i的試件長度Li與質量mi,測試齡期到90 d。


    1.4.2熱重分析


    熱重分析采用Setaram生產的Labsys Evo熱分析儀進行測試,測試樣品為粒徑小于80μm的水泥凈漿粉末顆粒,測試升溫速率為10℃/min,氮氣氣氛。測試范圍為20~1 000℃。C-S-H凝膠和氫氧化鈣的熱失重包括在75~550℃的溫度范圍內;400~500℃的溫度范圍可以計算氫氧化鈣的熱失重;600~800℃的溫度范圍可以計算碳酸鈣的熱失重。水泥凈漿的化學結合水含量、氫氧化鈣含量、碳酸鈣含量可分別根據(jù)下式進行計算。

    式中:


    是灼燒前樣品的質量;℃


    是樣品在升溫至T℃時的剩余質量。


    假定在600~800℃的溫度范圍內,熱失重主要是由碳化產物的分解引起的(忽略凝膠和鈣礬石的碳化反應,認為碳化是由氫氧化鈣引起的)。根據(jù)公式(5),可以計算出碳化前氫氧化鈣的含量,而氫氧化鈣的總含量則可以通過公式(6)計算得出。


    1.4.3孔隙結構測試


    孔結構分析采用美國Quantachrome公司生產的PoreMasterGT-60 MIP進行測試。


    1.4.4表面張力


    配制含有減縮劑的Ca(OH)2飽和溶液,置于預先烘干的敞口玻璃皿中,測試溶液的表面張力初始值,后將其分別放至N,UV,B這3種環(huán)境中進行處理。表面張力測試方法如下:表面張力采用芬蘭Kibron公司生產的全自動張力儀進行測試,測試方法為吊板法。每個樣品重復測試3次,讀數(shù)精確至0.1 mN/m。


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