抗离析材料与聚羧酸减水剂复配的试验研究

周芬，马双平,2,3，朱华雄,2，杨华,2

（1. 武汉苏博新型建材有限公司，湖北 武汉 430082；2. 武汉青山武钢实业浩源化工有限公司，湖北 武汉 430082； 3. 武汉理工大学，湖北 武汉 430070）

抗离析材料与聚羧酸减水剂复配的试验研究

周芬1，马双平1,2,3，朱华雄1,2，杨华1,2

（1. 武汉苏博新型建材有限公司，湖北 武汉 430082；2. 武汉青山武钢实业浩源化工有限公司，湖北 武汉 430082； 3. 武汉理工大学，湖北 武汉 430070）

原材料的劣化导致混凝土拌合物工作性对聚羧酸减水剂的掺量很敏感，复配适量性能优异的抗离析材料可以解决这一问题。选取了 11 种市售抗离析材料，在水和聚羧酸减水剂中的溶解性测试表明 2 种难溶于聚羧酸减水剂，余下的 9 种分别与聚羧酸减水剂复配后进行混凝土性能试验。结果表明不同抗离析材料作用效果不同，需根据要求选用不同种类的材料及其最佳用量。

抗离析材料；聚羧酸减水剂；工作性；自密实混凝土

0 前言

大流动性混凝土能降低施工人员的劳动强度，提高施工速度。但与普通混凝土相比，更易出现离析泌水现象，导致堵泵甚至发生工程事故。此外，配制低强度等级自密实混凝土时，胶材过多则成本过高[1,2]，过少则工作性能难以保证，复配适量性能优异的抗离析材料则可解决这一问题。

当前广泛使用的聚羧酸高性能减水剂（Polycarboxylate Superplasticizer，以下简称 PCE）具有很好的分散减水性能[3,4]，但过高的减水率和流动性导致聚羧酸减水剂的掺量对混凝土工作性的影响很敏感，从而导致混凝土匀质性差、质量波动大。将其与性能优异的抗离析材料复配则可防止离析泌水现象发生，使 PCE 的减水作用得以充分发挥，从而降低单方混凝土用水量及胶凝材料用量，在降低混凝土水化热的同时还能降低混凝土成本减少生态负荷。

近年来，大规模的基础建设导致各种混凝土原材料品质不断劣化，天然砂日益枯竭，优质粉煤灰资源短缺，各地纷纷使用人工砂代替天然砂[5]、石灰石粉代替粉煤灰[6]。此外，许多地方的粗骨料的级配较差，针片状过多。当用上述原材料和 PCE 配制混凝土时，往往导致混凝土的工作性差，质量波动大。如果将 PCE 与性能优异的抗离析材料复配，则可以有效改善混凝土的工作性能，减小质量波动。

基于上述分析，本文选取了 11 种具有抗离析作用的材料与 PCE 复配进行了相关的试验，为复配具有抗离析作用的外加剂提供依据。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

抗离析材料：均为工业级，分别为海菜粉、瓜尔胶、预糊化淀粉、纤维素醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、黄原胶、两种市售进口产品及两种不同粘度的 N-乙烯基酰胺类聚合物，以下简称 M1～M11。其中，两种市售进口产品分别产自日本与德国。

洋房牌 P·O 42.5 级水泥；天然河砂，细度模数 2.26；普通碎石，5～31.5mm 连续级配；S95 级矿粉；Ⅱ 级粉煤灰；PCE（自产，20% 含固量）。

1.2 试验方法

1.2.1 抗离析材料的水溶性

将 11 种不同的抗离析材料分别溶于水，研究各种抗离析材料在水中的溶解性。

1.2.2 抗离析材料在 PCE 中的溶解性

将易溶于水的抗离析材料先配制成水溶液，再与 PCE 复配；将难溶于水的抗离析材料直接加入到 20% 浓度的 PCE 溶液中。

通过对服务项目作业成本的明确和分析，做好各项作业成本的归集整理工作。将作业成本划分为直接成本以及间接成本两个部分，其中直接作业成本指的是现场工作人员的人工成本、直接使用设备设施的折旧及维修维护费用;直接开支的业务费用。而间接成本则是管理人员人工成本、房屋建筑物及共用设备设施折旧及维修维护费用、能源消耗、公司管理费用以及资本性利息支出等。通过对服务项目作业特点分析，作业成本的动因主要为设备的价值、员工数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试验方法》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》、GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》三个标准进行试验。

1.2.3.1 混凝土试验配合比

参照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》和JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》相关规定，先计算出 C30 普通泵送和 C30 低胶材自密实混凝土理论配合比，再通过试验验证，最终确定混凝土配合比如表 1 所示。

表 1 混凝土试验配合比

1.2.3.2 抗离析材料的工作性能

选取能溶于 PCE 溶液的抗离析材料与 20% 含固量的PCE 溶液及缓凝、保塑等组分复配进行 C30 泵送混凝土工作性能试验，配合比如表 1 中 T-1 所示。其中，抗离析材料的浓度与其在 PCE 中的溶解性试验结果一致。

1.2.3.3 自密实混凝土外加剂配方优化

将优选的抗离析材料与聚羧酸母液及缓凝、保塑成份复配进行低胶材用量 C30 自密实混凝土工作性能和力学性能试验，配合比如表 1 中 T-2 所示。

2 结果与讨论

2.1 抗离析材料与 PCE 的相容性试验

2.1.1 抗离析材料的水溶性试验

常温下分别将各种抗离析材料边搅拌边加入到水中并观察其溶解性。由于浓度较高时溶液粘度较大，使用不便，故将各种材料的最高配制浓度设定为 30%。试验结果如表 2 所示。

从表 2 中可以看出，M1～6 六种抗离析材料难溶于水，而 M7～11 五种抗离析材料能溶于水。其中，M09 在 20% 浓度时易溶于水，但粘度较大，因此未配制更高浓度溶液。M8和 M11 在 30% 浓度时仍易溶于水，说明水溶性良好。

2.1.2 抗离析材料在 PCE 溶液中的溶解性试验

常温下分别将各种抗离析材料边搅拌边加入到 20%PCE溶液中并观察其溶解性。考虑到应用成本的因素，故将各种材料的最高配制浓度设定为 7.5%。试验结果如表 3 所示。

从表 3 可以看出，M8、M10、M11 在 20% 浓度的 PCE溶液（以下简称 PCE 溶液）中溶解性较好。其中，M8 和M11 在 7.5% 浓度时仍易溶于 PCE 溶液，说明这两种材料在PCE 溶液中具有良好的溶解性。

表 2 抗离析材料在水中的溶解性

表 3 抗离析材料在 20% 浓度的 PCE 溶液中的溶解性

对比表 2 中的数据可知，各种物质在 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 溶液中的溶解度较大；M9 易溶于水，但与 PCE 溶液混合后出现絮状沉淀；而 M1、M3、M4、M5、M6 难溶于水，但可溶于 PCE溶液。结合表 2 和表 3 的结果可知，除 M2 和 M9 外，其余均可与 PCE 溶液复配使用。其中，M7、M8、M10 及 M11 易溶于水，在复配时可先配制成水溶液后再加入到PCE 溶液中，有利于配制时分散均匀；而 M1、M3、M4、M5、M6 由于难溶于水，只能直接加入。

2.2 抗离析材料在的普通 C30 泵送混凝土中应用的工作性能

常温下按表 4 列出的浓度将各种抗离析材料加入到 20%的 PCE 溶液中，配制成均一的溶液，再按表 1 列出的 T-1 配合比进行混凝土试验，结果如表 4 所示。

结果显示，与其它6种材料相比，M1、M3 及 M5 三种材料的抗离析性能略差。M4、M6、M7、M10 四种材料与PCE 溶液复配后外加剂掺量较低，M11 与 PCE溶液复配后外加剂掺量略高，而 M8 与 PCE 溶液复配后外加剂的掺量显著提高，说明后两种材料特别是 M8 抗离析性能较前述四种更好。当混凝土的抗离析性能要求不太高时，以上六种材料均可使用（M8 和 M11 用量要适当下调）；当抗离析性能要求较高时，宜选用 M8 和 M11，尤其是前者的抗离析性能要高于其它八种。

综合考虑使用效果及成本，选取 M4、M8、M10、M11四种材料进行低胶材用量自密实混凝土试验。

表 4 普通 C30 泵送混凝土工作性能

2.3 自密实混凝土外加剂配方优化

先将一定量的缓凝、保塑成份与 20% 含量的聚羧酸母液复配成 PCE 溶液，再分别按表5列出的比例添加抗离析材料M4、M8、M10、M11，按表 1 列出的 T-2 配合比进行 C30 低胶材自密实混凝土试验，并与未添加抗离析材料的 PCE 溶液进行对比试验，验证上述几种抗离析材料的效果。综合考虑抗离析效果及成本，适当调整了几种材料的掺量，进行试验混凝土工作性能如表 5 所示，力学性能如图 1 所示。响了 J 环扩展度，需在后期降低以上两种材料的用量验证其自密实性能。SC-3、SC-5 两组混凝土的各项性能均满足 JGJ/ T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》SF1/VS1/PA1/ SR2 技术要求。

图 1 C30 自密实混凝土抗压强度

表 5 自密实混凝土的工作性能

图 1 显示，各组混凝土的强度基本相当，加入抗离析材料的混凝土 3d 强度略低，28d 强度略高于未添加的混凝土。这说明抗离析材料的加入改善了混凝土的匀质性，有利于后期强度的发展。但由于部分含 -OH、-O- 等亲水性基团，具有一定的缓凝性，对混凝土早期强度有一定影响。

3 结论

（1）抗离析材料 M4、M8、M10、M11 与 PCE 相容，可与 PCE 复配使用，其中 M8 和 M11 易溶于水，可水溶后使用。

（2）掺加抗离析材料可以改善混凝土的粘聚性，其掺量对混凝土的粘聚性影响较大，应根据具体情况合理选用抗离析材料及其用量。

（3）抗离析材料试验为解决混凝土离析泌水及配制低胶凝自密实混凝土提供了依据。

[1] 杨健英，吴慧华，等．智能动力混凝土——低强度普通混凝土高性能化的探索与实践（一）[J]．混凝土，2009(10):47-49．

[2] 阎培渝，阿茹罕，赵昕南．低胶凝材料用量的自密实混凝土[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] 赵日新，白永智．机制砂代替天然砂在泵送混凝土中的应用[J]．中国建材科技，2012(3):37-39．

[6] 冯桂云，曹双梅，吴江源．石灰石粉取代粉煤灰在泵送混凝土中的试验研究[J]．混凝土与水泥制品，2012(12): 80-82．

［通讯地址］湖北省武汉市青山区工人村都市工业园 B 区 8号（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，工程师，硕士，主要从事混凝土外加剂与水泥基材料的研究。