新型增粘劑在商品混凝土中的應用技術研究

秦東升，錢珊珊，王毅，黃春滿，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用技術研究

秦東升，錢珊珊，王毅，黃春滿，林燕婷

（江蘇奧萊特新材料有限公司，江蘇南京 210048）

針對混凝土出現的泌水、離析現象，本文探究了新型丙烯酸類保水增粘劑（BBZ）對商品混凝土的流動性、含氣量、凝結時間、抗壓強度等性能的影響，并與傳統增粘劑聚乙烯醇和羥甲基纖維素醚進行混凝土試驗比較。結果表明：傳統增粘劑僅能改善混凝土的拌合狀態，混凝土仍會出現泌水、扒底、早期強度低等問題，不能滿足現實要求。新型丙烯酸類保水增粘劑（BBZ）不僅能夠顯著改善混凝土的拌合狀態，而且能明顯提高混凝土強度、流變性、保水性等各項性能。

新型丙烯酸類保水增粘劑（BBZ）；傳統增粘劑；商品混凝土

0　前言

混凝土的離析、泌水對其性能具有十分嚴重的危害，直接影響到混凝土的強度、抗風化和抗侵蝕等性能。離析、泌水的混凝土會使其表面的水灰比增大，并出現浮漿，進而降低其耐磨性，隨著時間的推移，其表面還會出現開裂現象。在整個生產、運輸、泵送的過程中，容易泌水離析的混凝土對機械的損耗也是非常大的[1]。產生離析、泌水的主要原因如下：（1）由于建筑資源的消耗，市場上骨料的質量越來越差，導致級配不合理，從而容易使混凝土產生泌水、離析現象；（2）實驗室和工程上為了保證新拌混凝土在整個過程的流變性能，都會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萘系減水劑、脂肪族減水劑、氨基磺酸鹽減水劑對摻量更敏感，更容易導致混凝土離析、泌水[1]。

為了逐步地提高混凝土性能，更好地解決離析、泌水等問題，工程技術人員常常通過添加適量的傳統增粘劑（聚乙烯醇、黃原膠、纖維素醚等）來改善混凝土的拌合狀態，使其性能均勻優質[2-3]。而聚乙烯醇的溶解性較差，與聚羧酸減水劑復配使用時容易產生絮狀沉淀，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，但摻量很敏感會使混凝土后期的坍落度損失加快，故其不能很好的發揮作用，不能從根本上解決現實問題[4]。

本文主要介紹一種新型丙烯酸類保水增粘劑（BBZ）在商品混凝土中使用的效果。主要特點為：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、離析現象。

1　試驗原材料及性能

1.1膠凝材料

水泥：江蘇某海螺水泥廠提供的 P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥，其物理力學性能指標見表 1。

表1　水泥物理性能和力學性能

粉煤灰：南京熱電廠生產的Ⅱ級粉煤灰，細度篩余20%，需水量比 104%，燒失量 8%；

礦物摻合料：馬鋼嘉華生產的 S95 級礦粉，比表面積444m2/kg。

1.2砂

選用砂的細度模數為 3.1，含泥量2%，堆積密度為1540kg/m3，其顆粒級配見表 2。

表2　砂顆粒級配

1.3碎石

選用的碎石為 5～25mm 級配，針片狀顆粒含量 7.5%，含泥量 1%。

1.4增粘劑

傳統增粘劑（聚乙烯醇類、羥甲基纖維素類）是江蘇某公司研發的產品，丙烯酸類保水增粘劑是江蘇奧萊特自主研發的新型增粘劑。增粘劑物理性能見表 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的 M12 型聚羧酸減水劑，其性能指標見表 4 。

表4　M12 性能指標

2　試驗結果及分析

2.1配合比

本試驗采用江蘇地區某商品混凝土拌合站的配合比，其計算及試驗是參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》，為了突顯新型增粘劑的性能，故采用骨料級配差的配合比，見表 5。

表5　C30 混凝土配合比 kg/m3

2.2增粘劑對新拌混凝土的影響

增粘劑對新拌混凝土工作性能的影響見表 6 和圖 1、2。試驗中觀察到，不摻增粘劑的基準組混凝土初始出現明顯的泌水、離析現象，1h 后泌水，扒底更加嚴重；對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 后混凝土出現泌漿，扒底；而摻 BBZ 的混凝土初始和1h 后均沒有出現泌水/泌漿現象，混凝土狀態被明顯改善。通過以上結果分析，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，而且經時坍落度損失也較小，摻 BBZ 可改善混凝土狀態，且對混凝土的流動性和坍落度沒有影響，完全可以滿足生產及施工的要求。

圖1　摻不同增粘劑的新拌混凝土初始工作狀態

圖2　摻不同增粘劑 1h 后混凝土工作狀態

2.3增粘劑對新拌混凝土含氣量的影響

增粘劑對新拌混凝土含氣量的影響結果見表 7。本試驗為了測定各組增粘劑對新拌混凝土的引氣效果，研究增粘劑引入的含氣量對新拌混凝土的影響。在制備混凝土過程中，測定各組新拌混凝土含氣量，不摻增粘劑的基準組含氣量為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%。研究認為含氣量對新拌混凝土有一定影響，隨著含氣量的增加，可以補償由于級配不良或者缺少微細顆粒而導致的混凝土流動狀態不良；能夠提高新拌混凝土的和易性、塑性以及粘聚性，降低泌水、離析現象的發生。從圖 1、圖 2 也可以看出，摻 PVA組引氣量大，初始混凝土狀態包裹好，輕微泌漿，不扒底，但一段時間后，伴隨氣泡的破裂，混凝土變得泌漿，扒底。因其傳統的增稠劑 CMC 和 PVA 引入的氣泡不穩定，故引氣量越大，后期混凝土的狀態就會越差。

表6　對新拌混凝土的影響

表7　對新拌混凝土含氣量的影響

新型增粘劑通過增加混凝土含氣量改變了混凝土的工作性作用機理：與傳統的增粘劑相比，新型增粘劑能夠引入封閉且穩定的、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、粘度以及屈服應力值得到增加，因此其新拌混凝土的流動性、粘聚性得到顯著地提高，離析和泌水現象得到顯著降低。

2.4增粘劑對新拌混凝土凝結時間的影響

增粘劑對混凝土的凝結時間都有不同程度的緩凝作用，由于混凝土的凝結時間還受配合比和減水劑種類的影響，因此在固定配合比和同種減水劑的條件下，同時通過摻不同增粘劑所得的混凝土來觀察增粘劑對混凝土凝結時間的影響（見表 8）。通過以上結果分析傳統增粘劑對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 的混凝土初凝結延緩 4h 以上，終凝延緩 9h 多。所以說，PVA 的緩凝作用最為嚴重，這可能會影響混凝土的強度的發展。

表8　對混凝土凝結時間的影響

2.5增粘劑對混凝土強度的影響

在固定配合比和減水劑種類的情況下，研究不同增粘劑對混凝土強度的影響。通過所得結果分析（見表 9），摻新型增粘劑組能夠超過基準組 2～4MPa。摻傳統增粘劑對混凝土早期強度影響較為相似，對 3d、7d 混凝土早期強度均有降低的效果，這主要是因為傳統增粘劑對混凝土的緩凝和引氣作用，尤其摻 PVA 組混凝土無論早期強度和 7d 強度都比較低，但是 28d 強度卻達到了 42.3MPa，由此可以看出傳統增粘劑對混凝土的早期強度影響較大，但對混凝土的后期強度影響較小。

表9　對混凝土抗壓強度的影響

2.6增粘劑對混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力的影響

為了考察增粘劑對混凝土抗硫酸侵蝕能力的影響，本試驗采用 10% 濃度的 Na2SO4為侵蝕溶液，用混凝土抗硫酸鹽侵蝕的評價指標（通常包括質量損失率、抗腐蝕系數）來評價增粘劑對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 前后質量、強度變化以及質量損失率、抗腐蝕系數。由兩表可以看出，經過 60d 的浸泡，無論在清水溶液還是在 10% 濃度 Na2SO4溶液中，各混凝土試塊的質量都是增加的，即混凝土的質量損失率均為負值；在 Na2SO4溶液中浸泡的混凝土塊和清水中浸泡的混凝土塊質量損失率相差不大，略微高于清水中；各等級混凝土試塊的抗侵蝕系數也均在 1.1 左右，均大于 0.8，摻與不摻增粘劑各等級混凝土塊的抗侵蝕系數相差不大。

表10　摻不同增粘劑的混凝土浸泡前后質量、強度值

表11　摻不同增粘劑的混凝土損失率、抗腐蝕系數

3　結語

（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，提高大流動混凝土的抗離析能力。

（2）各種傳統增粘劑對混凝土都有不同程度的緩凝作用，其中 PVA 的緩凝作用最強，其他增粘劑的緩凝作用較弱，但摻 BBZ 無明顯緩凝現象。

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

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

（5）BBZ 對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，提高其工作性能，尤其是 BBZ 比傳統增粘劑更具優勢。

[1] 白杰，丁蓓，丁寅，等．混凝土外加劑手冊[M]．北京：化學工業出版社，2009．

[2] 史林，劉加平，徐靜．增粘劑在水泥基材料中的應用[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理[J]．建筑材料學報，2003(1): 25-29．

[4] 馮慶革，潘亞宏．CTF 混凝土增效劑對混凝土制備和強度的影響研究[J]．中國混凝土與水泥制品網，2010.9．

［通訊地址］江蘇省南京市六合區葛塘街道匯鑫南路 22 號 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用。