減水劑對(duì)可控性低強(qiáng)度材料流動(dòng)性的影響研究

田甜

（同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海 200092）

根據(jù)美國混凝土協(xié)會(huì)[1]的規(guī)定，可控性低強(qiáng)度材料（CLSM）指一種自流平、自密實(shí)，無需振搗便可填充密實(shí)，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度小于8.3MPa的新型回填材料。CLSM的可控性是指其具有高流動(dòng)性，為滿足各類工況的回填需求，CLSM的流動(dòng)度應(yīng)在200～300mm之間，但高流動(dòng)度也會(huì)引起流填料的離析泌水，對(duì)CLSM硬化后的力學(xué)性能及耐久性造成不利影響。

為改善CLSM性能，實(shí)際工程中會(huì)使用外加劑。外加劑是流動(dòng)材料攪拌過程中所添加的一種外加劑物質(zhì)，如減水劑、增稠劑[2，3]、加氣劑[4，5]、保坍劑[2]等。減水劑可增加流動(dòng)材料的分散性，改善其流動(dòng)性。當(dāng)CLSM的流動(dòng)性不足時(shí)，加入減水劑可增加其流動(dòng)性，常見的減水劑有萘系減水劑、聚羧酸系減水劑。萘系減水劑可降低材料的沉降速率，改善流動(dòng)性，提高輸送能力[6]。聚羧酸減水劑作為一種新型減水劑，有更好的減少用水量和增加流動(dòng)性的效果。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

CLSM的常規(guī)組成包括骨料、膠凝材料、拌合水，同時(shí)可添加外加劑以改善其性能。本研究使用的骨料為再生骨料和開挖土，膠凝材料是水泥和粉煤灰的混合物，拌合水為自來水，并添加萘系高效減水劑、聚羧酸高性能減水劑調(diào)整CLSM的性質(zhì)。

本研究用海螺牌P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為Ⅲ級(jí)粉煤灰，再生骨料為粒徑小于4.75mm的再生混凝土細(xì)骨料。開挖土取自上海某工地第二層土，為褐黃、灰黃色粉質(zhì)黏土，經(jīng)過破碎、烘干、過篩選取粒徑小于4.75mm的顆粒用于制備。

1.2 試驗(yàn)方法

CLSM流動(dòng)性的測定儀器是一種特定尺寸的雙開口圓柱測試筒，根據(jù)ASTM規(guī)定，測試桶高為150mm，內(nèi)徑為75mm[7]。測量時(shí)首先將拌和好的流動(dòng)材料倒入測試桶中，無需振搗壓實(shí)，刮平后將模具向上輕輕提起，待其擴(kuò)展度穩(wěn)定不變后測量最大坍落擴(kuò)展直徑及與之垂直的直徑，并計(jì)算二者的平均值作為測試結(jié)果，見表1。

2 試驗(yàn)過程及結(jié)果

2.1 配合比

本研究使用減水劑來減少拌合水用量并增加流動(dòng)性，考慮到CLSM中膠凝材料較少，減水劑用量選取摻量范圍中的最大值，設(shè)定配合比見表1，其中水固比為拌合水與固體拌合物的質(zhì)量比，減水劑摻量是膠凝材料的質(zhì)量百分比，灰膠比為水泥與膠凝材料的質(zhì)量比，再生骨料占比是再生骨料質(zhì)量與開挖土和再生骨料質(zhì)量和的比值。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

本研究探究減水劑種類及摻量對(duì)CLSM流動(dòng)度的影響，以及水泥摻量、再生骨料摻量對(duì)減水劑作用效果的影響。分析實(shí)驗(yàn)組1、2、3、4發(fā)現(xiàn)摻入2%萘系減水劑可顯著提高漿體流動(dòng)性，與無減水劑的對(duì)照組相比，流動(dòng)度增加量在30mm左右，但0.3%聚羧酸減水劑的效果不明顯，因此將聚羧酸減水劑的摻量由0.3%提升至2%，分析試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與同等摻量的萘系減水劑相比，聚羧酸減水劑提高漿體流動(dòng)性的能力更強(qiáng)，流動(dòng)度增加量在65mm左右。

表1 試驗(yàn)配合比

改變水泥摻量即灰膠比，探究灰膠比對(duì)減水劑作用效果影響見試驗(yàn)組1、2、5、6，灰膠比為0.5時(shí)萘系減水劑對(duì)流動(dòng)性的調(diào)節(jié)可控，與不使用減水劑的對(duì)照組相比，流動(dòng)度增加量在30mm左右，每組的流動(dòng)度增加值較一致；當(dāng)灰膠比為0.2時(shí)，減水劑對(duì)流動(dòng)度的調(diào)節(jié)不可控，特別是當(dāng)水固比為0.33時(shí)，流動(dòng)度大于300mm，不滿足一般回填環(huán)境對(duì)CLSM流動(dòng)度的要求。這是因?yàn)闇p水劑是與水泥結(jié)合發(fā)揮作用的，水泥摻量過少會(huì)影響減水劑的作用效果。改變?cè)偕橇蠐搅?，探究再生骨料摻量?duì)減水劑作用效果影響的試驗(yàn)結(jié)果見試驗(yàn)組5、6、7、8，再生骨料占比為0.6時(shí)，骨料中開挖土較多，對(duì)拌合水的需求量大，水固比大于0.33時(shí)流動(dòng)度才滿足要求，而添加2%的萘系減水劑可以顯著減少拌合水的用量，水固比為0.30就可滿足流動(dòng)度要求。再生骨料占比為0.8時(shí)，萘系減水劑對(duì)流動(dòng)性的調(diào)節(jié)可控，與不使用減水劑的對(duì)照組相比，流動(dòng)度增加量在30mm左右，每組的流動(dòng)度增加值較一致。

3 結(jié)論

在制備CLSM時(shí)使用減水劑可有效降低拌合水用量提高流動(dòng)度，分析試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：

（1）CLSM中膠凝材料占比小于一般的水泥基材料，選取減水劑用量時(shí)應(yīng)取建議范圍的最大值。

（2）相較于萘系減水劑，聚羧酸減水劑增加材料流動(dòng)性的效果更好。

（3）減水劑是吸附在水泥表面影響水泥水化而發(fā)揮作用的，評(píng)價(jià)減水劑的作用效果時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮水泥、再生骨料摻量對(duì)性能發(fā)揮的影響。