试验研究外加剂对水泥胶砂摩擦系数的影响

摘要 本文通过在水泥胶砂中掺入气相法二氧化硅（Nano-SiO2），利用HIT-1型球盘式摩擦磨损试验机对不同掺入量的水泥胶砂试样进行干摩擦试验，得到水泥胶砂摩擦系数与气相法二氧化硅含量的关系曲线，给出水泥胶砂摩擦系数最小时所对应的气相法二氧化硅含量。

关键词 气相法二氧化硅；HIT-1型球盘式摩擦磨损试验机；摩擦系数

中图分类号U414 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）45-0083-01

0 引言

混凝土的耐磨性能直接影响其耐久性及安全性，并且在保证混凝土的使用年限上起着重要作用。水泥胶砂的摩擦系数是反应混凝土耐磨性的重要指标，目前改变水泥胶砂的摩擦系数的常用方法是掺入外加剂，气相法二氧化硅（Nano-SiO2）就是一种常用的外加剂，掺入量的多少将直接影响到水泥胶砂的摩擦系数。本文采用试验方法，通过制备气相法二氧化硅含量不同试样，利用HIT-1型球盘式摩擦磨损试验机对试样进行干摩擦试验，测量得到各试样的摩擦系数，分析试验结果，给出水泥胶砂摩擦系数与气相法二氧化硅含量的关系曲线。

1 试验方案

水泥胶砂试样尺寸为Φ50×20mm，Nano-SiO2掺入量分0%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3.0%七个等级，每个等级含量的水泥胶砂试样制备5个，在正常温度和湿度下养护7天。HIT-1型球盘式摩擦磨损试验机参数设置为：上下试件之间的重力荷载选为4 N，下试件轴的转速n=l80 r/min，半径r=16mm；摩擦磨损时间300s。每个等级掺量制备5个试件做微摩擦试验，以一组五个测定值的算术平均值作为该掺量下的摩擦系数值。每盘水泥胶砂各投料量见表1。

表中： C为水泥，W为拌和水，NS为Nano-SiO2，NS掺量―掺Nano-SiO2占胶凝材料的百分比，S为砂，减水剂―聚羧酸盐高效减水剂

2 试验结果

水泥胶砂摩擦系数测量结果见表2，取各组试样的平均值作为该组试样的测量结果。

NS掺入量 水泥胶砂摩擦系数

3 分析与讨论

利用Matlab软件，采用四次多项式拟合，得到水泥胶砂摩擦系数与Nano-SiO2掺入量关系曲线(见图1)。

水泥胶砂摩擦系数与Nano-SiO2掺入量的曲线关系表达式为：

从图1中可看出，当NS=0%~1.5%时，水泥胶砂摩擦系数随着Nano-SiO2掺入量的增加而明显减小；大约在NS=1.5%时，对应的水泥胶砂摩擦系数最小，相比普通水泥胶砂摩擦系数减少了大约45%；当NS=1.5%~3.0%时，水泥胶砂摩擦系数随着Nano-SiO2掺入量的增加而增加，但仍低于普通水泥胶砂摩擦系数。Nano-SiO2掺入过多之所以会引起摩擦系数增加，是因为Nano-SiO2材料需水量大，过多掺入会使水泥胶砂的和易性显著降低，影响水泥胶砂的密实度、孔隙率，从而影响摩擦系数，另外，过多掺入Nano-SiO2会使其在水泥浆体中出现团聚现象，难以分散均匀，不仅不能发挥其作用，还会阻碍水泥产物的扩散，导致水泥水化不充分，密实性降低，引起水泥胶砂摩擦系数增加。

4 结论

基于上述试验结果的分析和讨论，本文得出以下结论：

1）掺入Nano-SiO2总体上可以降低水泥胶砂的摩擦系数，使其表面更光滑；

2）Nano-SiO2掺入量在1.5%左右时，水泥胶砂摩擦系数最小。

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