新型增粘剂在商品混凝土中的应用技术研究

2015-12-21秦东升钱珊珊王毅黄春满林燕婷

商品混凝土 2015年11期

关键词：泌水粘剂离析

秦东升，钱珊珊，王毅，黄春满，林燕婷

（江苏奥莱特新材料有限公司，江苏　南京 210048）

新型增粘剂在商品混凝土中的应用技术研究

秦东升，钱珊珊，王毅，黄春满，林燕婷

（江苏奥莱特新材料有限公司，江苏南京 210048）

针对混凝土出现的泌水、离析现象，本文探究了新型丙烯酸类保水增粘剂（BBZ）对商品混凝土的流动性、含气量、凝结时间、抗压强度等性能的影响，并与传统增粘剂聚乙烯醇和羟甲基纤维素醚进行混凝土试验比较。结果表明：传统增粘剂仅能改善混凝土的拌合状态，混凝土仍会出现泌水、扒底、早期强度低等问题，不能满足现实要求。新型丙烯酸类保水增粘剂（BBZ）不仅能够显著改善混凝土的拌合状态，而且能明显提高混凝土强度、流变性、保水性等各项性能。

新型丙烯酸类保水增粘剂（BBZ）；传统增粘剂；商品混凝土

0　前言

混凝土的离析、泌水对其性能具有十分严重的危害，直接影响到混凝土的强度、抗风化和抗侵蚀等性能。离析、泌水的混凝土会使其表面的水灰比增大，并出现浮浆，进而降低其耐磨性，随着时间的推移，其表面还会出现开裂现象。在整个生产、运输、泵送的过程中，容易泌水离析的混凝土对机械的损耗也是非常大的[1]。产生离析、泌水的主要原因如下：（1）由于建筑资源的消耗，市场上骨料的质量越来越差，导致级配不合理，从而容易使混凝土产生泌水、离析现象；（2）实验室和工程上为了保证新拌混凝土在整个过程的流变性能，都会提高聚羧酸减水剂掺量，而聚羧酸减水剂作为第三代高性能减水剂相对萘系减水剂、脂肪族减水剂、氨基磺酸盐减水剂对掺量更敏感，更容易导致混凝土离析、泌水[1]。

为了逐步地提高混凝土性能，更好地解决离析、泌水等问题，工程技术人员常常通过添加适量的传统增粘剂（聚乙烯醇、黄原胶、纤维素醚等）来改善混凝土的拌合状态，使其性能均匀优质[2-3]。而聚乙烯醇的溶解性较差，与聚羧酸减水剂复配使用时容易产生絮状沉淀，黄原胶和纤维素醚都能较好的改善混凝土初始的拌合状态，但掺量很敏感会使混凝土后期的坍落度损失加快，故其不能很好的发挥作用，不能从根本上解决现实问题[4]。

本文主要介绍一种新型丙烯酸类保水增粘剂（BBZ）在商品混凝土中使用的效果。主要特点为：掺量低、易溶于水、能够明显地增加拌合物粘度；相容性好，能够有效地解决混凝土沉降、泌水、离析现象。

1　试验原材料及性能

1.1胶凝材料

水泥：江苏某海螺水泥厂提供的 P·O42.5 级普通硅酸盐水泥，其物理力学性能指标见表 1。

表1　水泥物理性能和力学性能

粉煤灰：南京热电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，细度筛余20%，需水量比 104%，烧失量 8%；

矿物掺合料：马钢嘉华生产的 S95 级矿粉，比表面积444m2/kg。

1.2砂

选用砂的细度模数为 3.1，含泥量2%，堆积密度为1540kg/m3，其颗粒级配见表 2。

表2　砂颗粒级配

1.3碎石

选用的碎石为 5～25mm 级配，针片状颗粒含量 7.5%，含泥量 1%。

1.4增粘剂

传统增粘剂（聚乙烯醇类、羟甲基纤维素类）是江苏某公司研发的产品，丙烯酸类保水增粘剂是江苏奥莱特自主研发的新型增粘剂。增粘剂物理性能见表 3。

表3　增粘剂物理性能

1.5外加剂

采用江苏奥莱特新材料有限公司生产的 M12 型聚羧酸减水剂，其性能指标见表 4 。

表4　M12 性能指标

2　试验结果及分析

2.1配合比

本试验采用江苏地区某商品混凝土拌合站的配合比，其计算及试验是参照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》，为了突显新型增粘剂的性能，故采用骨料级配差的配合比，见表 5。

表5　C30 混凝土配合比 kg/m3

2.2增粘剂对新拌混凝土的影响

增粘剂对新拌混凝土工作性能的影响见表 6 和图 1、2。试验中观察到，不掺增粘剂的基准组混凝土初始出现明显的泌水、离析现象，1h 后泌水，扒底更加严重；对比掺加增粘剂的各组混凝土，掺 PVA 的混凝土初始泌浆，不扒底，1h 后泌水，扒底；掺 CMC 的混凝土初始包裹好，轻微泌浆，不扒底，1h 后混凝土出现泌浆，扒底；而掺 BBZ 的混凝土初始和1h 后均没有出现泌水/泌浆现象，混凝土状态被明显改善。通过以上结果分析，掺入不同增粘剂后，混凝土的初始坍落度虽然有减小，但新拌混凝土工作性能有较大改善，而且经时坍落度损失也较小，掺 BBZ 可改善混凝土状态，且对混凝土的流动性和坍落度没有影响，完全可以满足生产及施工的要求。

图1　掺不同增粘剂的新拌混凝土初始工作状态

图2　掺不同增粘剂 1h 后混凝土工作状态

2.3增粘剂对新拌混凝土含气量的影响

增粘剂对新拌混凝土含气量的影响结果见表 7。本试验为了测定各组增粘剂对新拌混凝土的引气效果，研究增粘剂引入的含气量对新拌混凝土的影响。在制备混凝土过程中，测定各组新拌混凝土含气量，不掺增粘剂的基准组含气量为2.1%，各组掺增粘剂的混凝土含气量均有增加，增加量在0.9%～2.0% 之间，其中掺 PVA 组的混凝土含气量增加最多，为 2.0%，掺 BBZ 组的混凝土含气量增加 0.9%。研究认为含气量对新拌混凝土有一定影响，随着含气量的增加，可以补偿由于级配不良或者缺少微细颗粒而导致的混凝土流动状态不良；能够提高新拌混凝土的和易性、塑性以及粘聚性，降低泌水、离析现象的发生。从图 1、图 2 也可以看出，掺 PVA组引气量大，初始混凝土状态包裹好，轻微泌浆，不扒底，但一段时间后，伴随气泡的破裂，混凝土变得泌浆，扒底。因其传统的增稠剂 CMC 和 PVA 引入的气泡不稳定，故引气量越大，后期混凝土的状态就会越差。

表6　对新拌混凝土的影响

表7　对新拌混凝土含气量的影响

新型增粘剂通过增加混凝土含气量改变了混凝土的工作性作用机理：与传统的增粘剂相比，新型增粘剂能够引入封闭且稳定的、微小的、均匀分布的气泡，能够降低“气—液”两相界面的张力，从而缩小了微小气泡的直径；另外，微小气泡被均布到混凝土中。新型增粘剂能够大幅提高混凝土的粘度，致使气泡被封闭在混凝土中无法逃逸或破裂。大量微小气泡存在，新拌混凝土浆体的体积、粘度以及屈服应力值得到增加，因此其新拌混凝土的流动性、粘聚性得到显著地提高，离析和泌水现象得到显著降低。

2.4增粘剂对新拌混凝土凝结时间的影响

增粘剂对混凝土的凝结时间都有不同程度的缓凝作用，由于混凝土的凝结时间还受配合比和减水剂种类的影响，因此在固定配合比和同种减水剂的条件下，同时通过掺不同增粘剂所得的混凝土来观察增粘剂对混凝土凝结时间的影响（见表 8）。通过以上结果分析传统增粘剂对混凝土都有一定的缓凝作用，掺 CMC 组混凝土初凝大约延缓 1～2h，终凝大约延缓 2～3h，但掺 PVA 的混凝土初凝结延缓 4h 以上，终凝延缓 9h 多。所以说，PVA 的缓凝作用最为严重，这可能会影响混凝土的强度的发展。

表8　对混凝土凝结时间的影响

2.5增粘剂对混凝土强度的影响

在固定配合比和减水剂种类的情况下，研究不同增粘剂对混凝土强度的影响。通过所得结果分析（见表 9），掺新型增粘剂组能够超过基准组 2～4MPa。掺传统增粘剂对混凝土早期强度影响较为相似，对 3d、7d 混凝土早期强度均有降低的效果，这主要是因为传统增粘剂对混凝土的缓凝和引气作用，尤其掺 PVA 组混凝土无论早期强度和 7d 强度都比较低，但是 28d 强度却达到了 42.3MPa，由此可以看出传统增粘剂对混凝土的早期强度影响较大，但对混凝土的后期强度影响较小。

表9　对混凝土抗压强度的影响

2.6增粘剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响

为了考察增粘剂对混凝土抗硫酸侵蚀能力的影响，本试验采用 10% 浓度的 Na2SO4为侵蚀溶液，用混凝土抗硫酸盐侵蚀的评价指标（通常包括质量损失率、抗腐蚀系数）来评价增粘剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响。

表 10、表 11 给出混凝土在溶液中浸泡 60d 前后质量、强度变化以及质量损失率、抗腐蚀系数。由两表可以看出，经过 60d 的浸泡，无论在清水溶液还是在 10% 浓度 Na2SO4溶液中，各混凝土试块的质量都是增加的，即混凝土的质量损失率均为负值；在 Na2SO4溶液中浸泡的混凝土块和清水中浸泡的混凝土块质量损失率相差不大，略微高于清水中；各等级混凝土试块的抗侵蚀系数也均在 1.1 左右，均大于 0.8，掺与不掺增粘剂各等级混凝土块的抗侵蚀系数相差不大。