抗離析材料與聚羧酸減水劑復配的試驗研究

周芬，馬雙平,2,3，朱華雄,2，楊華,2

（1. 武漢蘇博新型建材有限公司，湖北 武漢 430082；2. 武漢青山武鋼實業浩源化工有限公司，湖北 武漢 430082； 3. 武漢理工大學，湖北 武漢 430070）

抗離析材料與聚羧酸減水劑復配的試驗研究

周芬1，馬雙平1,2,3，朱華雄1,2，楊華1,2

（1. 武漢蘇博新型建材有限公司，湖北 武漢 430082；2. 武漢青山武鋼實業浩源化工有限公司，湖北 武漢 430082； 3. 武漢理工大學，湖北 武漢 430070）

原材料的劣化導致混凝土拌合物工作性對聚羧酸減水劑的摻量很敏感，復配適量性能優異的抗離析材料可以解決這一問題。選取了 11 種市售抗離析材料，在水和聚羧酸減水劑中的溶解性測試表明 2 種難溶于聚羧酸減水劑，余下的 9 種分別與聚羧酸減水劑復配后進行混凝土性能試驗。結果表明不同抗離析材料作用效果不同，需根據要求選用不同種類的材料及其最佳用量。

抗離析材料；聚羧酸減水劑；工作性；自密實混凝土

0 前言

大流動性混凝土能降低施工人員的勞動強度，提高施工速度。但與普通混凝土相比，更易出現離析泌水現象，導致堵泵甚至發生工程事故。此外，配制低強度等級自密實混凝土時，膠材過多則成本過高[1,2]，過少則工作性能難以保證，復配適量性能優異的抗離析材料則可解決這一問題。

當前廣泛使用的聚羧酸高性能減水劑（Polycarboxylate Superplasticizer，以下簡稱 PCE）具有很好的分散減水性能[3,4]，但過高的減水率和流動性導致聚羧酸減水劑的摻量對混凝土工作性的影響很敏感，從而導致混凝土勻質性差、質量波動大。將其與性能優異的抗離析材料復配則可防止離析泌水現象發生，使 PCE 的減水作用得以充分發揮，從而降低單方混凝土用水量及膠凝材料用量，在降低混凝土水化熱的同時還能降低混凝土成本減少生態負荷。

近年來，大規模的基礎建設導致各種混凝土原材料品質不斷劣化，天然砂日益枯竭，優質粉煤灰資源短缺，各地紛紛使用人工砂代替天然砂[5]、石灰石粉代替粉煤灰[6]。此外，許多地方的粗骨料的級配較差，針片狀過多。當用上述原材料和 PCE 配制混凝土時，往往導致混凝土的工作性差，質量波動大。如果將 PCE 與性能優異的抗離析材料復配，則可以有效改善混凝土的工作性能，減小質量波動。

基于上述分析，本文選取了 11 種具有抗離析作用的材料與 PCE 復配進行了相關的試驗，為復配具有抗離析作用的外加劑提供依據。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

抗離析材料：均為工業級，分別為海菜粉、瓜爾膠、預糊化淀粉、纖維素醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、黃原膠、兩種市售進口產品及兩種不同粘度的 N-乙烯基酰胺類聚合物，以下簡稱 M1～M11。其中，兩種市售進口產品分別產自日本與德國。

洋房牌 P·O 42.5 級水泥；天然河砂，細度模數 2.26；普通碎石，5～31.5mm 連續級配；S95 級礦粉；Ⅱ 級粉煤灰；PCE（自產，20% 含固量）。

1.2 試驗方法

1.2.1 抗離析材料的水溶性

將 11 種不同的抗離析材料分別溶于水，研究各種抗離析材料在水中的溶解性。

1.2.2 抗離析材料在 PCE 中的溶解性

將易溶于水的抗離析材料先配制成水溶液，再與 PCE 復配；將難溶于水的抗離析材料直接加入到 20% 濃度的 PCE 溶液中。

通過對服務項目作業成本的明確和分析，做好各項作業成本的歸集整理工作。將作業成本劃分為直接成本以及間接成本兩個部分，其中直接作業成本指的是現場工作人員的人工成本、直接使用設備設施的折舊及維修維護費用;直接開支的業務費用。而間接成本則是管理人員人工成本、房屋建筑物及共用設備設施折舊及維修維護費用、能源消耗、公司管理費用以及資本性利息支出等。通過對服務項目作業特點分析，作業成本的動因主要為設備的價值、員工數量以及物料的消耗量等。

1.2.3 混凝土的性能

按照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法》、GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》三個標準進行試驗。

1.2.3.1 混凝土試驗配合比

參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》和JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規程》相關規定，先計算出 C30 普通泵送和 C30 低膠材自密實混凝土理論配合比，再通過試驗驗證，最終確定混凝土配合比如表 1 所示。

表 1 混凝土試驗配合比

1.2.3.2 抗離析材料的工作性能

選取能溶于 PCE 溶液的抗離析材料與 20% 含固量的PCE 溶液及緩凝、保塑等組分復配進行 C30 泵送混凝土工作性能試驗，配合比如表 1 中 T-1 所示。其中，抗離析材料的濃度與其在 PCE 中的溶解性試驗結果一致。

1.2.3.3 自密實混凝土外加劑配方優化

將優選的抗離析材料與聚羧酸母液及緩凝、保塑成份復配進行低膠材用量 C30 自密實混凝土工作性能和力學性能試驗，配合比如表 1 中 T-2 所示。

2 結果與討論

2.1 抗離析材料與 PCE 的相容性試驗

2.1.1 抗離析材料的水溶性試驗

常溫下分別將各種抗離析材料邊攪拌邊加入到水中并觀察其溶解性。由于濃度較高時溶液粘度較大，使用不便，故將各種材料的最高配制濃度設定為 30%。試驗結果如表 2 所示。

從表 2 中可以看出，M1～6 六種抗離析材料難溶于水，而 M7～11 五種抗離析材料能溶于水。其中，M09 在 20% 濃度時易溶于水，但粘度較大，因此未配制更高濃度溶液。M8和 M11 在 30% 濃度時仍易溶于水，說明水溶性良好。

2.1.2 抗離析材料在 PCE 溶液中的溶解性試驗

常溫下分別將各種抗離析材料邊攪拌邊加入到 20%PCE溶液中并觀察其溶解性。考慮到應用成本的因素，故將各種材料的最高配制濃度設定為 7.5%。試驗結果如表 3 所示。

從表 3 可以看出，M8、M10、M11 在 20% 濃度的 PCE溶液（以下簡稱 PCE 溶液）中溶解性較好。其中，M8 和M11 在 7.5% 濃度時仍易溶于 PCE 溶液，說明這兩種材料在PCE 溶液中具有良好的溶解性。

表 2 抗離析材料在水中的溶解性

表 3 抗離析材料在 20% 濃度的 PCE 溶液中的溶解性

對比表 2 中的數據可知，各種物質在 PCE 溶液和水中的溶解性不一致。其中，M7 在水中溶解度比在 PCE 溶液中的溶解度較大；M9 易溶于水，但與 PCE 溶液混合后出現絮狀沉淀；而 M1、M3、M4、M5、M6 難溶于水，但可溶于 PCE溶液。結合表 2 和表 3 的結果可知，除 M2 和 M9 外，其余均可與 PCE 溶液復配使用。其中，M7、M8、M10 及 M11 易溶于水，在復配時可先配制成水溶液后再加入到PCE 溶液中，有利于配制時分散均勻；而 M1、M3、M4、M5、M6 由于難溶于水，只能直接加入。

2.2 抗離析材料在的普通 C30 泵送混凝土中應用的工作性能

常溫下按表 4 列出的濃度將各種抗離析材料加入到 20%的 PCE 溶液中，配制成均一的溶液，再按表 1 列出的 T-1 配合比進行混凝土試驗，結果如表 4 所示。

結果顯示，與其它6種材料相比，M1、M3 及 M5 三種材料的抗離析性能略差。M4、M6、M7、M10 四種材料與PCE 溶液復配后外加劑摻量較低，M11 與 PCE溶液復配后外加劑摻量略高，而 M8 與 PCE 溶液復配后外加劑的摻量顯著提高，說明后兩種材料特別是 M8 抗離析性能較前述四種更好。當混凝土的抗離析性能要求不太高時，以上六種材料均可使用（M8 和 M11 用量要適當下調）；當抗離析性能要求較高時，宜選用 M8 和 M11，尤其是前者的抗離析性能要高于其它八種。

綜合考慮使用效果及成本，選取 M4、M8、M10、M11四種材料進行低膠材用量自密實混凝土試驗。

表 4 普通 C30 泵送混凝土工作性能

2.3 自密實混凝土外加劑配方優化

先將一定量的緩凝、保塑成份與 20% 含量的聚羧酸母液復配成 PCE 溶液，再分別按表5列出的比例添加抗離析材料M4、M8、M10、M11，按表 1 列出的 T-2 配合比進行 C30 低膠材自密實混凝土試驗，并與未添加抗離析材料的 PCE 溶液進行對比試驗，驗證上述幾種抗離析材料的效果。綜合考慮抗離析效果及成本，適當調整了幾種材料的摻量，進行試驗混凝土工作性能如表 5 所示，力學性能如圖 1 所示。響了 J 環擴展度，需在后期降低以上兩種材料的用量驗證其自密實性能。SC-3、SC-5 兩組混凝土的各項性能均滿足 JGJ/ T 283—2012《自密實混凝土應用技術規程》SF1/VS1/PA1/ SR2 技術要求。

圖 1 C30 自密實混凝土抗壓強度

表 5 自密實混凝土的工作性能

圖 1 顯示，各組混凝土的強度基本相當，加入抗離析材料的混凝土 3d 強度略低，28d 強度略高于未添加的混凝土。這說明抗離析材料的加入改善了混凝土的勻質性，有利于后期強度的發展。但由于部分含 -OH、-O- 等親水性基團，具有一定的緩凝性，對混凝土早期強度有一定影響。

3 結論

（1）抗離析材料 M4、M8、M10、M11 與 PCE 相容，可與 PCE 復配使用，其中 M8 和 M11 易溶于水，可水溶后使用。

（2）摻加抗離析材料可以改善混凝土的粘聚性，其摻量對混凝土的粘聚性影響較大，應根據具體情況合理選用抗離析材料及其用量。

（3）抗離析材料試驗為解決混凝土離析泌水及配制低膠凝自密實混凝土提供了依據。

[1] 楊健英，吳慧華，等．智能動力混凝土——低強度普通混凝土高性能化的探索與實踐（一）[J]．混凝土，2009(10):47-49．

[2] 閻培渝，阿茹罕，趙昕南．低膠凝材料用量的自密實混凝土[J]．混凝土，2011(1):1-4．

[3] Wei Fan, Francois Stoffelbach, Jutta Rieger,etc. A new class of organosilane-modified polycarboxylate superplasticizers with low sulfate sensitivity[J]. Cement and Concrete Research, 2012(42):166-172.

[4] A.Lange, J. Plank. Study on the foaming behaviour of allyl ether-based polycarboxylate superplasticizers[J]. Cement and Concrete Research , 2012 (2):484-489.

[5] 趙日新，白永智．機制砂代替天然砂在泵送混凝土中的應用[J]．中國建材科技，2012(3):37-39．

[6] 馮桂云，曹雙梅，吳江源．石灰石粉取代粉煤灰在泵送混凝土中的試驗研究[J]．混凝土與水泥制品，2012(12): 80-82．

［通訊地址］湖北省武漢市青山區工人村都市工業園 B 區 8號（430082）

Experimental studies on anti-segregation materials mixing with polycarboxylate superplasticizer

Zhou Fen1, Ma Shuangping1,2,3, Zhu Huaxiong1,2, Yang Hua1,2

(1.Wuhan Super new building materials Co., Ltd., Wuhan 430082; 2.Wuhan iron & steel Industrial Haoyuan Chemical Co., Ltd., Wuhan 430082; 3.Wuhan University of Technology, Wuhan 430070)

Usage of polycarboxy superplasticizer is very sensitive to the workability of concrete due to the quality deterioration continuously of the other raw materials. It should be resolved by mixing with an appropriate amount of excellent properties of anti-segregation materials. There are 11 kinds of anti-segregation materials were purchased to test their solubility in water or in Polycarboxylate, 2 of them were screened out and the 9 others mixed with Polycarboxylate to test the performance of concrete. The results showed that different effects existed between the anti-segregation materials. Different types of anti-segregation materials and their best dosage should be chosen according to the performance requirements and their costs.

anti-segregation materials; polycarboxylate; workability; self-compacting concrete

周芬，女，工程師，碩士，主要從事混凝土外加劑與水泥基材料的研究。