新型增粘劑在商品混凝土中的應(yīng)用技術(shù)研究

秦東升，錢(qián)珊珊，王毅，黃春滿(mǎn)，林燕婷

（江蘇奧萊特新材料有限公司，江蘇　南京 210048）

新型增粘劑在商品混凝土中的應(yīng)用技術(shù)研究

秦東升，錢(qián)珊珊，王毅，黃春滿(mǎn)，林燕婷

（江蘇奧萊特新材料有限公司，江蘇南京 210048）

針對(duì)混凝土出現(xiàn)的泌水、離析現(xiàn)象，本文探究了新型丙烯酸類(lèi)保水增粘劑（BBZ）對(duì)商品混凝土的流動(dòng)性、含氣量、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度等性能的影響，并與傳統(tǒng)增粘劑聚乙烯醇和羥甲基纖維素醚進(jìn)行混凝土試驗(yàn)比較。結(jié)果表明：傳統(tǒng)增粘劑僅能改善混凝土的拌合狀態(tài)，混凝土仍會(huì)出現(xiàn)泌水、扒底、早期強(qiáng)度低等問(wèn)題，不能滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)要求。新型丙烯酸類(lèi)保水增粘劑（BBZ）不僅能夠顯著改善混凝土的拌合狀態(tài)，而且能明顯提高混凝土強(qiáng)度、流變性、保水性等各項(xiàng)性能。

新型丙烯酸類(lèi)保水增粘劑（BBZ）；傳統(tǒng)增粘劑；商品混凝土

0　前言

混凝土的離析、泌水對(duì)其性能具有十分嚴(yán)重的危害，直接影響到混凝土的強(qiáng)度、抗風(fēng)化和抗侵蝕等性能。離析、泌水的混凝土?xí)蛊浔砻娴乃冶仍龃螅⒊霈F(xiàn)浮漿，進(jìn)而降低其耐磨性，隨著時(shí)間的推移，其表面還會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。在整個(gè)生產(chǎn)、運(yùn)輸、泵送的過(guò)程中，容易泌水離析的混凝土對(duì)機(jī)械的損耗也是非常大的[1]。產(chǎn)生離析、泌水的主要原因如下：（1）由于建筑資源的消耗，市場(chǎng)上骨料的質(zhì)量越來(lái)越差，導(dǎo)致級(jí)配不合理，從而容易使混凝土產(chǎn)生泌水、離析現(xiàn)象；（2）實(shí)驗(yàn)室和工程上為了保證新拌混凝土在整個(gè)過(guò)程的流變性能，都會(huì)提高聚羧酸減水劑摻量，而聚羧酸減水劑作為第三代高性能減水劑相對(duì)萘系減水劑、脂肪族減水劑、氨基磺酸鹽減水劑對(duì)摻量更敏感，更容易導(dǎo)致混凝土離析、泌水[1]。

為了逐步地提高混凝土性能，更好地解決離析、泌水等問(wèn)題，工程技術(shù)人員常常通過(guò)添加適量的傳統(tǒng)增粘劑（聚乙烯醇、黃原膠、纖維素醚等）來(lái)改善混凝土的拌合狀態(tài)，使其性能均勻優(yōu)質(zhì)[2-3]。而聚乙烯醇的溶解性較差，與聚羧酸減水劑復(fù)配使用時(shí)容易產(chǎn)生絮狀沉淀，黃原膠和纖維素醚都能較好的改善混凝土初始的拌合狀態(tài)，但摻量很敏感會(huì)使混凝土后期的坍落度損失加快，故其不能很好的發(fā)揮作用，不能從根本上解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[4]。

本文主要介紹一種新型丙烯酸類(lèi)保水增粘劑（BBZ）在商品混凝土中使用的效果。主要特點(diǎn)為：摻量低、易溶于水、能夠明顯地增加拌合物粘度；相容性好，能夠有效地解決混凝土沉降、泌水、離析現(xiàn)象。

1　試驗(yàn)原材料及性能

1.1膠凝材料

水泥：江蘇某海螺水泥廠提供的 P·O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表 1。

表1　水泥物理性能和力學(xué)性能

粉煤灰：南京熱電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度篩余20%，需水量比 104%，燒失量 8%；

礦物摻合料：馬鋼嘉華生產(chǎn)的 S95 級(jí)礦粉，比表面積444m2/kg。

1.2砂

選用砂的細(xì)度模數(shù)為 3.1，含泥量2%，堆積密度為1540kg/m3，其顆粒級(jí)配見(jiàn)表 2。

表2　砂顆粒級(jí)配

1.3碎石

選用的碎石為 5～25mm 級(jí)配，針片狀顆粒含量 7.5%，含泥量 1%。

1.4增粘劑

傳統(tǒng)增粘劑（聚乙烯醇類(lèi)、羥甲基纖維素類(lèi)）是江蘇某公司研發(fā)的產(chǎn)品，丙烯酸類(lèi)保水增粘劑是江蘇奧萊特自主研發(fā)的新型增粘劑。增粘劑物理性能見(jiàn)表 3。

表3　增粘劑物理性能

1.5外加劑

采用江蘇奧萊特新材料有限公司生產(chǎn)的 M12 型聚羧酸減水劑，其性能指標(biāo)見(jiàn)表 4 。

表4　M12 性能指標(biāo)

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1配合比

本試驗(yàn)采用江蘇地區(qū)某商品混凝土拌合站的配合比，其計(jì)算及試驗(yàn)是參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，為了突顯新型增粘劑的性能，故采用骨料級(jí)配差的配合比，見(jiàn)表 5。

表5　C30 混凝土配合比 kg/m3

2.2增粘劑對(duì)新拌混凝土的影響

增粘劑對(duì)新拌混凝土工作性能的影響見(jiàn)表 6 和圖 1、2。試驗(yàn)中觀察到，不摻增粘劑的基準(zhǔn)組混凝土初始出現(xiàn)明顯的泌水、離析現(xiàn)象，1h 后泌水，扒底更加嚴(yán)重；對(duì)比摻加增粘劑的各組混凝土，摻 PVA 的混凝土初始泌漿，不扒底，1h 后泌水，扒底；摻 CMC 的混凝土初始包裹好，輕微泌漿，不扒底，1h 后混凝土出現(xiàn)泌漿，扒底；而摻 BBZ 的混凝土初始和1h 后均沒(méi)有出現(xiàn)泌水/泌漿現(xiàn)象，混凝土狀態(tài)被明顯改善。通過(guò)以上結(jié)果分析，摻入不同增粘劑后，混凝土的初始坍落度雖然有減小，但新拌混凝土工作性能有較大改善，而且經(jīng)時(shí)坍落度損失也較小，摻 BBZ 可改善混凝土狀態(tài)，且對(duì)混凝土的流動(dòng)性和坍落度沒(méi)有影響，完全可以滿(mǎn)足生產(chǎn)及施工的要求。

圖1　摻不同增粘劑的新拌混凝土初始工作狀態(tài)

圖2　摻不同增粘劑 1h 后混凝土工作狀態(tài)

2.3增粘劑對(duì)新拌混凝土含氣量的影響

增粘劑對(duì)新拌混凝土含氣量的影響結(jié)果見(jiàn)表 7。本試驗(yàn)為了測(cè)定各組增粘劑對(duì)新拌混凝土的引氣效果，研究增粘劑引入的含氣量對(duì)新拌混凝土的影響。在制備混凝土過(guò)程中，測(cè)定各組新拌混凝土含氣量，不摻增粘劑的基準(zhǔn)組含氣量為2.1%，各組摻增粘劑的混凝土含氣量均有增加，增加量在0.9%～2.0% 之間，其中摻 PVA 組的混凝土含氣量增加最多，為 2.0%，摻 BBZ 組的混凝土含氣量增加 0.9%。研究認(rèn)為含氣量對(duì)新拌混凝土有一定影響，隨著含氣量的增加，可以補(bǔ)償由于級(jí)配不良或者缺少微細(xì)顆粒而導(dǎo)致的混凝土流動(dòng)狀態(tài)不良；能夠提高新拌混凝土的和易性、塑性以及粘聚性，降低泌水、離析現(xiàn)象的發(fā)生。從圖 1、圖 2 也可以看出，摻 PVA組引氣量大，初始混凝土狀態(tài)包裹好，輕微泌漿，不扒底，但一段時(shí)間后，伴隨氣泡的破裂，混凝土變得泌漿，扒底。因其傳統(tǒng)的增稠劑 CMC 和 PVA 引入的氣泡不穩(wěn)定，故引氣量越大，后期混凝土的狀態(tài)就會(huì)越差。

表6　對(duì)新拌混凝土的影響

表7　對(duì)新拌混凝土含氣量的影響

新型增粘劑通過(guò)增加混凝土含氣量改變了混凝土的工作性作用機(jī)理：與傳統(tǒng)的增粘劑相比，新型增粘劑能夠引入封閉且穩(wěn)定的、微小的、均勻分布的氣泡，能夠降低“氣—液”兩相界面的張力，從而縮小了微小氣泡的直徑；另外，微小氣泡被均布到混凝土中。新型增粘劑能夠大幅提高混凝土的粘度，致使氣泡被封閉在混凝土中無(wú)法逃逸或破裂。大量微小氣泡存在，新拌混凝土漿體的體積、粘度以及屈服應(yīng)力值得到增加，因此其新拌混凝土的流動(dòng)性、粘聚性得到顯著地提高，離析和泌水現(xiàn)象得到顯著降低。

2.4增粘劑對(duì)新拌混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響

增粘劑對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間都有不同程度的緩凝作用，由于混凝土的凝結(jié)時(shí)間還受配合比和減水劑種類(lèi)的影響，因此在固定配合比和同種減水劑的條件下，同時(shí)通過(guò)摻不同增粘劑所得的混凝土來(lái)觀察增粘劑對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響（見(jiàn)表 8）。通過(guò)以上結(jié)果分析傳統(tǒng)增粘劑對(duì)混凝土都有一定的緩凝作用，摻 CMC 組混凝土初凝大約延緩 1～2h，終凝大約延緩 2～3h，但摻 PVA 的混凝土初凝結(jié)延緩 4h 以上，終凝延緩 9h 多。所以說(shuō)，PVA 的緩凝作用最為嚴(yán)重，這可能會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度的發(fā)展。

表8　對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響

2.5增粘劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

在固定配合比和減水劑種類(lèi)的情況下，研究不同增粘劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。通過(guò)所得結(jié)果分析（見(jiàn)表 9），摻新型增粘劑組能夠超過(guò)基準(zhǔn)組 2～4MPa。摻傳統(tǒng)增粘劑對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響較為相似，對(duì) 3d、7d 混凝土早期強(qiáng)度均有降低的效果，這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)增粘劑對(duì)混凝土的緩凝和引氣作用，尤其摻 PVA 組混凝土無(wú)論早期強(qiáng)度和 7d 強(qiáng)度都比較低，但是 28d 強(qiáng)度卻達(dá)到了 42.3MPa，由此可以看出傳統(tǒng)增粘劑對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度影響較大，但對(duì)混凝土的后期強(qiáng)度影響較小。

表9　對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

2.6增粘劑對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力的影響

為了考察增粘劑對(duì)混凝土抗硫酸侵蝕能力的影響，本試驗(yàn)采用 10% 濃度的 Na2SO4為侵蝕溶液，用混凝土抗硫酸鹽侵蝕的評(píng)價(jià)指標(biāo)（通常包括質(zhì)量損失率、抗腐蝕系數(shù)）來(lái)評(píng)價(jià)增粘劑對(duì)混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力的影響。

表 10、表 11 給出混凝土在溶液中浸泡 60d 前后質(zhì)量、強(qiáng)度變化以及質(zhì)量損失率、抗腐蝕系數(shù)。由兩表可以看出，經(jīng)過(guò) 60d 的浸泡，無(wú)論在清水溶液還是在 10% 濃度 Na2SO4溶液中，各混凝土試塊的質(zhì)量都是增加的，即混凝土的質(zhì)量損失率均為負(fù)值；在 Na2SO4溶液中浸泡的混凝土塊和清水中浸泡的混凝土塊質(zhì)量損失率相差不大，略微高于清水中；各等級(jí)混凝土試塊的抗侵蝕系數(shù)也均在 1.1 左右，均大于 0.8，摻與不摻增粘劑各等級(jí)混凝土塊的抗侵蝕系數(shù)相差不大。

表10　摻不同增粘劑的混凝土浸泡前后質(zhì)量、強(qiáng)度值

表11　摻不同增粘劑的混凝土損失率、抗腐蝕系數(shù)

3　結(jié)語(yǔ)

（1）摻增粘劑能夠明顯改善新拌混凝土的性能，尤其摻BBZ 能降低其泌水率，提高大流動(dòng)混凝土的抗離析能力。

（2）各種傳統(tǒng)增粘劑對(duì)混凝土都有不同程度的緩凝作用，其中 PVA 的緩凝作用最強(qiáng)，其他增粘劑的緩凝作用較弱，但摻 BBZ 無(wú)明顯緩凝現(xiàn)象。

（3）由于傳統(tǒng)增粘劑的緩凝作用，對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度有較大影響，尤其 PVA 對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度有較大影響，BBZ 不僅對(duì)混凝土前后期強(qiáng)度沒(méi)有影響反而可以提高強(qiáng)度。

（4）增粘劑對(duì)混凝土有引氣效果。與傳統(tǒng)的增粘劑相比，BBZ 對(duì)混凝土工作性具有有利作用。

（5）BBZ 對(duì)混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力影響不大。

（6）增粘劑能夠有效改善商品混凝土的工作狀態(tài)，提高其工作性能，尤其是 BBZ 比傳統(tǒng)增粘劑更具優(yōu)勢(shì)。

[1] 白杰，丁蓓，丁寅，等．混凝土外加劑手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009．

[2] 史林，劉加平，徐靜．增粘劑在水泥基材料中的應(yīng)用[J]．混凝土與水泥制品，2007(4): 18-22．

[3] 鞠麗艷，張雄．建筑砂漿保水增稠劑的性能及其作用機(jī)理[J]．建筑材料學(xué)報(bào)，2003(1): 25-29．

[4] 馮慶革，潘亞宏．CTF 混凝土增效劑對(duì)混凝土制備和強(qiáng)度的影響研究[J]．中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng)，2010.9．

［通訊地址］江蘇省南京市六合區(qū)葛塘街道匯鑫南路 22 號(hào) 江蘇中鐵奧萊特新材料有限公司（210048）

秦東升（1991—），男，助理工程師。主要研究混凝土外加劑的性能及應(yīng)用。