磁化水對水泥砂漿性能影響的試驗研究
2006-11-27 00:00
1前言
水以一定的流速流過磁場,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)，這樣的水稱為磁化水。磁化水作為一種十分有效的處理水的技術，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用。由于磁化水的活性增加，當它與水泥進 行 水化、水解作用時，水分子能比較容易地由水泥顆粒表面進入顆粒內(nèi)部，增強水化、水解作 用，從而提高水泥砂漿的強度。我國在20世紀80年代已開始將磁化水用于水泥砂漿增強的研 究，但磁化水對水泥砂漿其它性能的影響則報道甚少。水作為水泥砂漿的重要組分之一 ，其用量對水泥砂漿的流動性、力學性能及耐久性能的影響，已經(jīng)得到大家的共識，但其自 身性質(zhì)的改變對水泥砂漿性能的影響，還有待于進一步深入的研究。為此，本文就磁化水對 水泥砂漿的性能的影響進行了試驗研究，并對影響機理進行一定的分析與探討。
水以一定的流速流過磁場,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)，這樣的水稱為磁化水。磁化水作為一種十分有效的處理水的技術，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用。由于磁化水的活性增加，當它與水泥進 行 水化、水解作用時，水分子能比較容易地由水泥顆粒表面進入顆粒內(nèi)部，增強水化、水解作 用，從而提高水泥砂漿的強度。我國在20世紀80年代已開始將磁化水用于水泥砂漿增強的研 究，但磁化水對水泥砂漿其它性能的影響則報道甚少。水作為水泥砂漿的重要組分之一 ，其用量對水泥砂漿的流動性、力學性能及耐久性能的影響，已經(jīng)得到大家的共識，但其自 身性質(zhì)的改變對水泥砂漿性能的影響，還有待于進一步深入的研究。為此，本文就磁化水對 水泥砂漿的性能的影響進行了試驗研究，并對影響機理進行一定的分析與探討。
2磁化對水質(zhì)的影響
通過對磁化水的試驗研究發(fā)現(xiàn)，磁化后的水分子會發(fā)生一系列的化學和物理的變化，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 磁化水進行水質(zhì)分析的結果表明(見表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，說明磁化對水的硬度有一定的影響。
通過對磁化水的試驗研究發(fā)現(xiàn)，磁化后的水分子會發(fā)生一系列的化學和物理的變化，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 磁化水進行水質(zhì)分析的結果表明(見表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，說明磁化對水的硬度有一定的影響。
3磁化水對水泥基本性能的影響
為探討磁化水對水泥基本性能的影響，對采用磁化水作拌和水的水泥的體積安定性、凝 結時間、標準稠度用水量和水化熱等基本性能進行了試驗研究（所用水泥品種為P.O32 .5級，試驗結果見表2、3）。
為探討磁化水對水泥基本性能的影響，對采用磁化水作拌和水的水泥的體積安定性、凝 結時間、標準稠度用水量和水化熱等基本性能進行了試驗研究（所用水泥品種為P.O32 .5級，試驗結果見表2、3）。
3.1對水泥體積安定性的影響
硬化水泥漿體的體積變化是一項很重要的性能指標。如果水泥在硬化過程中發(fā)生顯著而不均 勻的體積變化，就稱為水泥漿體安定性不良。對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定結果表明，磁化水對水泥漿體的體積安定性沒有影響。
3.2對水泥凝結時間的影響
水泥在加入一定量的水以后經(jīng)過攪拌形成了具有可塑性的漿體，隨著水泥水化的進行，水泥 漿體的稠度逐漸減小并失去流動性，保持已有的形狀，這種現(xiàn)象稱為凝結。漿體固化開始 即初凝，它表示漿體不再可塑的時間。完全固化所需要的時間定為終凝時間。磁化水對水 泥凝結時間影響的試驗結果表明，磁化水可以縮短水泥的凝結時間，其中初凝時間可以縮短 10min，終凝時間可以縮短7min。
3．3對水泥標準稠度用水量的影響
水泥的需水量是水泥獲得一定稠度時所需的水量。將磁化水作為拌和水進行水泥標準稠度用 水量的試驗表明(見表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準稠度用水量就差異不大 了。這表明剛 磁化的磁化水對水泥的活性最好，隨著放置時間的增加，磁化水的活性有所減小。
3．4對水泥水化熱的影響
水泥水化過程實質(zhì)上是打破原化合物的化學鍵，形成新化合物的化學鍵，能量重新分配，體 系能量的增量稱為熱焓，即水化熱。分別對以磁化水和普通水拌和的水泥進行了水泥水化熱 的測定。試驗表明(見表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很重要的性能指標。如果水泥在硬化過程中發(fā)生顯著而不均 勻的體積變化，就稱為水泥漿體安定性不良。對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定結果表明，磁化水對水泥漿體的體積安定性沒有影響。
3.2對水泥凝結時間的影響
水泥在加入一定量的水以后經(jīng)過攪拌形成了具有可塑性的漿體，隨著水泥水化的進行，水泥 漿體的稠度逐漸減小并失去流動性，保持已有的形狀，這種現(xiàn)象稱為凝結。漿體固化開始 即初凝，它表示漿體不再可塑的時間。完全固化所需要的時間定為終凝時間。磁化水對水 泥凝結時間影響的試驗結果表明，磁化水可以縮短水泥的凝結時間，其中初凝時間可以縮短 10min，終凝時間可以縮短7min。
3．3對水泥標準稠度用水量的影響
水泥的需水量是水泥獲得一定稠度時所需的水量。將磁化水作為拌和水進行水泥標準稠度用 水量的試驗表明(見表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準稠度用水量就差異不大 了。這表明剛 磁化的磁化水對水泥的活性最好，隨著放置時間的增加，磁化水的活性有所減小。
3．4對水泥水化熱的影響
水泥水化過程實質(zhì)上是打破原化合物的化學鍵，形成新化合物的化學鍵，能量重新分配，體 系能量的增量稱為熱焓，即水化熱。分別對以磁化水和普通水拌和的水泥進行了水泥水化熱 的測定。試驗表明(見表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％，表明磁化水對水泥的活性比普通水要高。
4磁化水對水泥砂漿性能的影響
4.1對水泥砂漿工作性的影響
水泥砂漿達到穩(wěn)定和密實的程度稱為水泥砂漿的工作性。工作性的含義包括流動性、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定一般采用流動度的測試方法。
采用磁化水作為拌和水，分別選定0.3、0.4、0.5和0.6四個水灰比進行水泥砂漿流動度 的試驗。由試驗結果可見(見圖1)，在同樣條件下，采用磁化水拌和水泥砂漿的流動度較采 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，對水泥的活性增加，使得水化反應進行得更充分，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對水泥砂漿抗壓強度性能的影響
在保持水泥用量不變和水泥砂漿工作性一致的條件下，對磁化水對水泥砂漿抗壓強度的 影響進行了試驗研究。試驗研究表明(見圖2、3)：磁化水可以使水泥砂漿抗壓強度提高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，未被大分子團吸引的單分子水分布在大的分子團之間。與大的分 子團相比，單分子的物理化學活性很強，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行，而水泥表面的一層膠體膜阻礙了 水泥顆粒的進一步水化。當水磁化后，水中被氫鍵連接在一起的鏈狀分子集團在水磁化時 受到洛侖茲力的作用而被破壞，裂解成小分子集團或單個的水分子，使更 多的水分子的H和O暴露出來，而不再被氫鍵連接在一起；另一方面，較小的水分子集團的自 由度也增加了，使它們與其它物質(zhì)的分子、原子結合的機會增多，結合的能力增強。這些 小分子集團或單個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 分子集團或單個的水分子物理、化學活性和滲透力很強，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度。
4.1對水泥砂漿工作性的影響
水泥砂漿達到穩(wěn)定和密實的程度稱為水泥砂漿的工作性。工作性的含義包括流動性、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定一般采用流動度的測試方法。
采用磁化水作為拌和水，分別選定0.3、0.4、0.5和0.6四個水灰比進行水泥砂漿流動度 的試驗。由試驗結果可見(見圖1)，在同樣條件下，采用磁化水拌和水泥砂漿的流動度較采 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，對水泥的活性增加，使得水化反應進行得更充分，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對水泥砂漿抗壓強度性能的影響
在保持水泥用量不變和水泥砂漿工作性一致的條件下，對磁化水對水泥砂漿抗壓強度的 影響進行了試驗研究。試驗研究表明(見圖2、3)：磁化水可以使水泥砂漿抗壓強度提高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，未被大分子團吸引的單分子水分布在大的分子團之間。與大的分 子團相比，單分子的物理化學活性很強，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行，而水泥表面的一層膠體膜阻礙了 水泥顆粒的進一步水化。當水磁化后，水中被氫鍵連接在一起的鏈狀分子集團在水磁化時 受到洛侖茲力的作用而被破壞，裂解成小分子集團或單個的水分子，使更 多的水分子的H和O暴露出來，而不再被氫鍵連接在一起；另一方面，較小的水分子集團的自 由度也增加了，使它們與其它物質(zhì)的分子、原子結合的機會增多，結合的能力增強。這些 小分子集團或單個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 分子集團或單個的水分子物理、化學活性和滲透力很強，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度。
4.3對水泥砂漿抗?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形成一個互相連通的毛細管 系統(tǒng)，因此透水性很高。當水化繼續(xù)，這些毛細管部分被水化物所填充，透水性就降低。 可見，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形成一個互相連通的毛細管 系統(tǒng)，因此透水性很高。當水化繼續(xù)，這些毛細管部分被水化物所填充，透水性就降低。 可見，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，對采用磁化水及普通水拌和的水泥砂漿的抗?jié)B性能進行了測試。試 驗水壓從0.2MPa開始，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壓力階段的恒壓時間乘積之 和）作為評價水泥砂漿滲透性的指標。由對比試驗結果可見，以磁化水拌和水泥砂漿，可 使抗?jié)B性能提高5倍多(見表4)。
這是由于磁化水的活性較普通水強，參與水化 反應的水分子的數(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 實度和抗?jié)B性能。
5結語
（1）磁化水對水泥的體積安定性無影響；可以縮短水泥的凝結時間；減小水泥標準稠度的 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度；提高水泥砂漿的抗?jié)B 性能。
（1）磁化水對水泥的體積安定性無影響；可以縮短水泥的凝結時間；減小水泥標準稠度的 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度；提高水泥砂漿的抗?jié)B 性能。
參考文獻
［1］ 姚慶釗，等.磁化水對水泥混凝土的增強效應分析［J］．上海建材，2003,(1):26－27．
［2］張維華，等.磁化水技術在混凝土中的應用［Ｊ］．建筑技術開發(fā),2001,(2):55－5 6．
［2］張維華，等.磁化水技術在混凝土中的應用［Ｊ］．建筑技術開發(fā),2001,(2):55－5 6．
摘自：中國混凝土網(wǎng)
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