混凝土抗離析劑的制備及性能研究

謝大銀，鄧?yán)?，沈建榮，楊耀，王孔國

（1.科之杰新材料集團廣西有限公司，廣西 武鳴530028；2.科之杰新材料集團（貴州）有限公司，貴州 龍里551206）

0 前言

隨著城市化建設(shè)不斷加快，人們對商品混凝土的要求日益提高。原材料劣化導(dǎo)致混凝土生產(chǎn)過程中不可控因素增多，混凝土長距離運輸?shù)竭_(dá)工地后加水已成常態(tài)，稍有不慎極其容易出現(xiàn)混凝土離析、堵泵等事故[1]。另一方面，緩凝劑過摻可能引起水泥與外加劑的相容性變差，外加劑摻量敏感造成混凝土離析，影響混凝土的施工進度及混凝土質(zhì)量[2]。

周芬等[3]研究發(fā)現(xiàn)摻加抗離析材料，如聚丙烯酰胺、聚乙二醇、淀粉醚、纖維素醚等可以改善混凝土的粘聚性，但其摻量對混凝土的粘聚性影響較大，應(yīng)根據(jù)具體情況合理選用抗離析材料及其用量。何勝明等[4]研究發(fā)現(xiàn)聚乙二醇加入聚羧酸減水劑中可提高混凝土抗離析性，解決混凝土分層現(xiàn)象。曾憲才等[5]研究發(fā)現(xiàn)在離析混凝土中摻入聚丙烯酰胺，可改善離析混凝土的和易性，使原本離析的混凝土粘聚性變好，從而達(dá)到施工要求。

在實際應(yīng)用中，聚丙烯酰胺、聚乙二醇、淀粉醚摻入離析混凝土后，混凝土和易性變好，但混凝土黏度變大，保坍性能變差。為了解決混凝土離析放大的問題，降低混凝土對減水劑摻量的敏感度，本研究將聚乙烯醇、無水硫酸鈉、麥芽糊精及消泡劑復(fù)配，研制出一種新型的混凝土抗離析劑，可有效解決混凝土的離析、泌水，和易性變差，強度降低等問題。

1 試驗

1.1 原材料

試驗所用原材料均為工業(yè)級，具體信息如表1所示。

表1 試驗原材料

1.2 抗離析劑制備方法

通過混凝土試驗對抗離析原材料進行篩選，選擇效果最佳的抗離析原材料，將其與無水硫酸鈉（Q1）、麥芽糊精（H7）、消泡劑（X1）按一定比例進行復(fù)配，制備成混凝土抗離析劑。

1.3 抗離析劑混凝土試驗

抗離析劑材料混凝土試驗采用C30混凝土，分別測試7種抗離析原材料（B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7）對混凝土和易性、坍落度損失、強度的影響，并與市售的3種混凝土抗離析劑樣品（K2、K3及K4）進行對比試驗，試驗C30混凝土的配合比如表2所示。

表2 C30混凝土的配合比 kg/m3

1.4 性能測試方法

混凝土和易性能測試：按照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法》、GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》進行；混凝土強度測試：按照GB 50107—2010《混凝土強度評定標(biāo)準(zhǔn)》進行。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 抗離析原材料篩選

2.1.1 混凝土工作性能試驗

抗離析原材料篩選混凝土試驗采用單臥軸攪拌機，一次攪拌20 L，摻入2%的聚羧酸高效減水劑，以該組混凝土試樣為基準(zhǔn)樣，控制坍落度為（230±10）mm、擴展度為（580±20）mm，后增加減水劑摻量至2.4%，將混凝土拌至離析狀態(tài)，其擴展度≥650 mm，以倒筒排空時間評價混凝土的和易性，分別摻入不同的抗離析原材料，摻量按膠凝材料總質(zhì)量計（下同），摻入不同抗離析原材料時混凝土的性能如表3所示。

由表3可知，對于空白樣（C1）離析混凝土，摻入抗離析原材料B4、B7時，混凝土的和易性與基準(zhǔn)樣相差不大；經(jīng)時2 h后，摻B4的混凝土坍落度/擴展度與基準(zhǔn)混凝土相近，而摻B7的損失略大；摻B1、B2、B3、B5的和易性一般，混凝土黏度大、流速慢、表面有一層水泡，相比空白樣，2 h后，摻B2、B3的混凝土坍落度/擴展度損失過大，因此B2、B3不宜用作混凝土抗離析劑原材料；摻入B6時，并沒有將混凝土離析漿體吸收，還處于離析狀態(tài)，與未摻抗離析材料的空白樣相似，因此B6不能作為混凝土抗離析劑原材料。上述試驗結(jié)果表明，對于離析混凝土，摻入B4、B7時混凝土的狀態(tài)與空白樣基本相同，還需進一步對比3、7、28 d抗壓強度；而B1、B2、B3、B5、B6不能用作混凝土抗離析原材料。

表3 抗離析原材料篩選混凝土工作性能試驗結(jié)果

2.1.2 混凝土抗壓強度試驗

對篩選出的B4、B7分別進行混凝土抗壓強度試驗，結(jié)果如表4所示。

表4 抗離析原材料篩選混凝土抗壓強度試驗結(jié)果

由表4可知，與基準(zhǔn)樣相比，摻B7混凝土試樣的3 d抗壓強度小于30 MPa，摻B4的混凝土與基準(zhǔn)樣相近。原因可能是，摻入B7后引入大量氣泡，導(dǎo)致混凝土抗壓強度偏低；對于7 d抗壓強度，摻B7的混凝土試樣抗壓強度低于基準(zhǔn)樣，而摻B4的混凝土試樣抗壓強度達(dá)到37.9 MPa，高于基準(zhǔn)樣；對于28 d抗壓強度，摻B7的混凝土試樣抗壓強度低于基準(zhǔn)樣，而B4摻的混凝土試樣抗壓強度達(dá)到48.6 MPa，高于基準(zhǔn)樣。結(jié)合表3的試驗結(jié)果可知，可作為混凝土抗離析原材料的只有B4。

2.2 混凝土抗離析劑的制備及性能對比試驗

2.2.1 抗離析劑樣品制備

將經(jīng)上述試驗篩選出的抗離析功能材料B4與無水硫酸鈉（Q1）、麥芽糊精（H7）、固體消泡劑（X1）按質(zhì)量比3∶3∶3∶1復(fù)配，混合均勻后制成混凝土抗離析劑，記作K1。

2.2.2 抗離析劑對混凝土工作性能的影響

將研制的混凝土抗離析劑K1與市售的3種混凝土抗離析劑（K2、K3、K4）進行混凝土對比試驗，在離析后的混凝土中分別摻入不同抗離析劑，試驗結(jié)果如表5所示。

表5 不同抗離析劑對混凝土工作性能的影響

由表5可知：（1）在離析混凝土（空白樣）中摻入抗離析劑K1、K4后，混凝土的初始狀態(tài)與基準(zhǔn)混凝土基本相同；但摻K2、K3混凝土試樣的初始坍落度、擴展度與基準(zhǔn)混凝土相差較大，混凝土流動性略差，黏度稍大，導(dǎo)致倒筒排空時間比基準(zhǔn)樣延長1.5 s左右。（2）經(jīng)時2 h后，摻抗離析劑混凝土的坍落度、擴展度均大于基準(zhǔn)樣。原因是未摻入抗離析劑時，混凝土處于離析狀態(tài)，外加劑超摻導(dǎo)致混凝土中的保坍劑和緩凝劑要比基準(zhǔn)樣多，雖然加入抗離析劑后混凝土的初始狀態(tài)與基準(zhǔn)樣差不多，但由于保坍、緩凝成分較多，混凝土的2 h流動性要好于基準(zhǔn)樣。試驗結(jié)果表明，對于離析混凝土，摻入K1、K4后混凝土初始狀態(tài)與基準(zhǔn)樣基本相同；而摻入K2、K3的混凝土由于黏度大，流動性差，影響混凝土的施工性能，但摻抗離析劑混凝土的2 h保坍性能優(yōu)于基準(zhǔn)樣。

2.2.3 抗離析劑對混凝土凝結(jié)時間的影響

4種不同混凝土抗離析劑對混凝土凝結(jié)時間的影響見表6。

表6 不同抗離析劑對混凝土凝結(jié)時間的影響

由表6可知，離析混凝土中分別摻入4種混凝土抗離析劑后，混凝土的初、終凝結(jié)時間都比基準(zhǔn)樣延長，與空白樣基本相同，其中摻K1、K3的混凝土初凝時間比基準(zhǔn)樣延長1.0 h，終凝分別延長1.0、1.5 h，摻K2混凝土的初、終凝結(jié)時間分別延長1.5、2.0 h，摻K4混凝土的凝結(jié)時間延長最明顯，初、終凝結(jié)時間分別延長2.0、3.0h。原因是，離析混凝土是由于外加劑超摻產(chǎn)生的，超量外加劑的摻入，混凝土中緩凝劑的有效成分比基準(zhǔn)樣多，導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時間比基準(zhǔn)樣長。由此可知，混凝土生產(chǎn)過程產(chǎn)生的離析混凝土，可通過使用抗離析劑K1將混凝土調(diào)整到滿足施工狀態(tài)，其對混凝土凝結(jié)時間的影響在1 h范圍內(nèi)，基本不影響混凝土施工。

2.2.4 抗離析劑對混凝土抗壓強度的影響

混凝土強度測定試驗與抗離析原材料混凝土抗壓強度測試試驗一致，成型試模采用150 mm×150 mm×150 mm，分別測試其3、7、28 d抗壓強度，具體試驗數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 不同抗離析劑對混凝土抗壓強度的影響

由表7可知，離析混凝土中分別摻入混凝土抗離析劑后，與基準(zhǔn)樣相比，摻K2、K3、K4的混凝土試樣與基準(zhǔn)樣的3、7 d抗壓強度基本相同，摻K1的試樣抗壓強度略高，原因可能是，K1中摻有早強成分，可促進水泥前期水化反應(yīng)的進行。對于28 d抗壓強度，摻K1、K2、K3、K4的試樣均比基準(zhǔn)樣高，原因可能是抗離析劑中摻有醇胺類物質(zhì)，可促進水泥水化及混凝土后期強度增長，由于空白樣是離析混凝土，其3、7、28 d抗壓強度均低于基準(zhǔn)樣；其中以摻K1混凝土試樣的28 d抗壓強度最高，比基準(zhǔn)樣高4.6 MPa，比其他3組試樣高0.9～1.5 MPa。結(jié)合混凝土性能試驗結(jié)果可知，抗離析劑K1能更好地保障混凝土的施工性能和抗壓強度。

2.3 抗離析劑對混凝土狀態(tài)的影響

離析混凝土中分別摻入0.13%不同抗離析劑后的初始狀態(tài)如圖1所示。

圖1 摻入抗離析劑后混凝土的初始狀態(tài)

由圖1（a）可見，離析混凝土邊緣跑漿嚴(yán)重，混凝土表面泌水，石子外露；由圖1（b）可見，摻入抗離析劑K1后混凝土的初始狀態(tài)、勻質(zhì)性較好，流動性、泵送性均達(dá)到施工要求；由圖1（c）、（d）可見，摻入抗離析劑K2、K3后混凝土的初始狀態(tài)與離析混凝土相比和易性良好，但混凝土稠度較大，流速慢；由圖1（e）可見，摻入抗離析K4后混凝土的初始狀態(tài)與圖1（b）相差不大。結(jié)合表4的抗壓強度試驗結(jié)果可知，摻入抗離析劑K1的混凝土抗壓強度更高，表明抗離析劑K1的綜合性能優(yōu)于其他3種市售抗離析劑。

3 結(jié)語

（1）通過混凝土試驗對不同抗離析原材料進行了篩選，將聚乙烯醇與元明粉、麥芽糊精、固體消泡劑按質(zhì)量比3∶3∶3∶1復(fù)配，混合均勻制備了一種混凝土抗離析劑K1。

（2）在離析混凝土中摻入混凝土抗離析劑K1，混凝土的初始狀態(tài)與基準(zhǔn)樣相差不大，混凝土的2 h流動性比基準(zhǔn)樣好，可改善混凝土的和易性達(dá)到可施工要求；同時混凝土的初、終凝時間較基準(zhǔn)樣延長均為1.0 h，可以滿足長時間長距離運輸要求。

（3）對于離析混凝土，摻入混凝土抗離析劑K1不僅能調(diào)整混凝土的和易性，還可提高混凝土的早期、后期抗壓強度，可避免混凝土離析造成的資源浪費及污染環(huán)境，符合國家節(jié)能減排政策。