陸加越，吳 爍，白 坤，劉柯琦

（1.江蘇建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇 南京 210008；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 211103；3.中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101；4.中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)有限公司，江蘇 南京 211899）

1 背景

砂子的級(jí)配對(duì)混凝土的施工性能起著決定性的作用，但隨著河道禁采的影響，許多地區(qū)砂石料出現(xiàn)短缺，導(dǎo)致砂石料市場(chǎng)的供需平衡被打破，品質(zhì)較好的砂石料價(jià)格明顯上漲，與此同時(shí)砂石料品質(zhì)也明顯劣化，當(dāng)砂子含泥量較高時(shí)，廠家為了讓含泥量合格會(huì)進(jìn)行多次的沖洗，使得砂子中細(xì)顆粒流失。隨著泵送施工的普及，工作效率大大提升，但是中粗砂的使用會(huì)使得混凝土泵送時(shí)出現(xiàn)泌水離析的問題，容易導(dǎo)致堵泵，而一味的提升砂率不僅會(huì)導(dǎo)致混凝土喪失流動(dòng)性，而且還會(huì)造成強(qiáng)度的偏低。增稠劑作為一種外加劑，能夠有效的鎖住自由水，提高漿體屈服應(yīng)力，提升混凝土的抗離析性能，且具有觸變作用，在外力作用下能夠恢復(fù)流態(tài)[1-2]。纖維素醚類和高分子聚合物類是目前使用較廣的兩種增稠劑類型。本文針對(duì)這兩種增稠劑，研究其對(duì)中粗砂混凝土泵送性能、抗壓強(qiáng)度以及收縮方面的影響。

2 試驗(yàn)

2.1 原材料

水泥：曲陽金隅P.O 42.5，相關(guān)指標(biāo)如表1所示。砂：人工調(diào)整級(jí)配后的天然河砂，細(xì)度模數(shù)3.7，松散堆積空隙率42%，級(jí)配如表2所示。石子：5～25mm石灰石碎石，松散堆積空隙率45%。減水劑：由蘇博特提供的高性能減水劑PCA-Ⅰ，指標(biāo)符合《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）規(guī)范技術(shù)要求。增稠劑：高分子聚合物類增稠劑（VM-Ⅰ）和纖維素醚類增稠劑（X-Ⅰ），由蘇博特公司提供，分別如圖1、圖2所示。

表1 水泥的主要技術(shù)性能指標(biāo)

表2 人工調(diào)整后河砂級(jí)配

圖1 高分子聚合物類增稠劑（VM-Ⅰ）

圖2 纖維素醚類增稠劑（X-Ⅰ）

2.2 配合比

C30混凝土配合比如表3所示，混凝土初始坍落度控制在（200±20）mm范圍內(nèi)，減水劑摻量（1.0±0.1）%，增稠劑摻量為0.03%。

表3 C30混凝土配合比

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 混凝土攪拌方式

采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，先將干料放入攪拌機(jī)干攪15s，將稱好的增稠劑與減水劑攪拌均勻，與水一同加入攪拌機(jī)后，攪拌120s。

2.3.2 泵送性能測(cè)試

按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080—2016）規(guī)范要求，進(jìn)行坍落度、含氣量、壓力泌水率的測(cè)定，來表征混凝土是否滿足泵送施工的要求。含氣量測(cè)定儀為日本三洋直讀氣壓含氣量?jī)x，壓力泌水率測(cè)定儀采用SY-2型混凝土壓力泌水測(cè)定儀。

2.3.3 抗壓強(qiáng)度

采用100mm×100mm×100mm非標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，每組3塊，參照《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2019）進(jìn)行測(cè)試。

2.3.4 塑性收縮

參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50082—2009）中的非接觸法，試驗(yàn)溫度（20±2）℃，相對(duì)濕度（60±5）%。

2.3.5 干縮

試件帶模養(yǎng)護(hù)24h，拆模后立即用環(huán)氧樹脂加固軸心測(cè)釘，在標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)2d后取出，放至干縮室測(cè)量初始長(zhǎng)度，分別在1d、3d、7d、14d、28d、56d、90d、120d測(cè)量試件長(zhǎng)度，計(jì)算試件干縮率。

3 結(jié)果與討論

3.1 增稠劑對(duì)混凝土可泵性的影響

不同增稠劑對(duì)含氣量及穩(wěn)泡性能的影響如圖3所示。由圖3可以看到，是否添加增稠劑對(duì)混凝土含氣量的影響不大，但加入增稠劑的混凝土在1h經(jīng)時(shí)含氣量損失較小，整體含氣量變化更為平穩(wěn)。這是因?yàn)楹瑲饬康姆€(wěn)定性主要取決于氣泡的穩(wěn)定存在，增稠劑的加入提高了漿體的塑性粘度，使得氣泡在漿體中運(yùn)動(dòng)困難，提高了氣泡在混凝土中分布的均勻性，也使得小氣泡之間相遇成為大氣泡的概率變小。表4為不同增稠劑對(duì)混凝土新拌性能的影響。從表4的數(shù)據(jù)可以看到，添加增稠劑的混凝土對(duì)于壓力下泌水的程度有了極大改善。在泵送施工中，經(jīng)常能遇到混凝土在泵管內(nèi)輸送時(shí)突然碰到彎管，變徑等情況，管內(nèi)壓力徒增，混凝土中自由水會(huì)在泵壓突增情況下從骨料空隙中流出，出現(xiàn)骨料堆積造成堵管現(xiàn)象[3]。表4可以看到當(dāng)中粗砂混凝土不加增稠劑時(shí)，壓力泌水率達(dá)到了50%，而常規(guī)泵送混凝土的壓力泌水率應(yīng)不高于40%，超出改范圍，則堵泵機(jī)會(huì)會(huì)提高[4]。加入高分子聚合物類增稠劑后，壓力泌水率降低了50%，而加入纖維素醚類增稠劑，壓力泌水率降低了70%。這說明增稠劑能夠彌補(bǔ)中粗砂斷級(jí)配帶來的堵泵風(fēng)險(xiǎn)，從而使得中粗砂也能夠應(yīng)用于泵送施工。

圖3 不同增稠劑對(duì)含氣量及穩(wěn)泡性能的影響

表4 不同增稠劑對(duì)混凝土新拌性能的影響

3.2 增稠劑對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

不同增稠劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響如圖4所示。由圖4可以看到，摻增稠劑的混凝土抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)組混凝土抗壓強(qiáng)度，說明增稠劑的加入對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度無不良影響。這是因?yàn)樵龀韯┑募尤胧沟没炷潦庸鼭{能力提升，提高了混凝土勻質(zhì)性，也提高了漿體與骨料之間的膠結(jié)強(qiáng)度，減少了某一區(qū)域水分大量聚集的情況，因此使得強(qiáng)度還略有提高。

圖4 不同增稠劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

3.3 增稠劑對(duì)混凝土收縮性能的影響

不同增稠劑對(duì)混凝土塑性收縮的影響如圖5所示。由圖5可以看到，加入增稠劑可以降低混凝土的塑性收縮，相較于基準(zhǔn)混凝土的塑性收縮率2205μm·m-1，加入高分子聚合物類增稠劑后塑性收縮率為1874μm·m-1，降低了約15%，加入纖維素醚類增稠劑的混凝凝土塑性收縮率為1653μm·m-1，降低了約25%。

圖5 不同增稠劑對(duì)混凝土塑性收縮的影響

混凝土的塑性收縮階段主要由兩個(gè)方面決定：一方面，當(dāng)混凝土處于大流態(tài)時(shí)，在澆筑成型后，由于水泥和骨料的表觀密度較大，會(huì)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，同時(shí)空隙中的自由水被填滿，沿著固體顆粒的下沉通道往上泌水，當(dāng)上表面水分蒸發(fā)后，混凝土體積減小。另一方面，混凝土中的自由水由于蒸發(fā)、水化消耗等原因，形成毛細(xì)管負(fù)壓，進(jìn)而收縮增大。而摻加了增稠劑后，由于其提升了混凝土的保水性能，使得一定程度上一致了混凝土的塑性收縮[5]。

不同增稠劑對(duì)混凝土干縮的影響如圖6所示。從圖6可以看到，摻增稠劑的混凝土干燥收縮均小于基準(zhǔn)混凝土。在120d齡期時(shí)，不加增稠劑的混凝土干燥收縮率在620μm·m-1，而加入了高分子聚合物類增稠劑后，混凝土的干燥收縮率在567μm·m-1，較基準(zhǔn)組降低了8%，摻纖維素醚類增稠劑，混凝土的干燥收縮率在539μm·m-1，較基準(zhǔn)組降低了13%。干燥收縮是由于混凝土硬化后受到外界濕度過低或者溫度過高等影響使其內(nèi)部水分與外界進(jìn)行交換，從而導(dǎo)致內(nèi)部由于缺少而收縮[6]。但是加入增稠劑后，提高了混凝土入模成型階段水分分布的均勻性，使得混凝土密實(shí)性增加，降低了與外界進(jìn)行水分梯度交換的頻率降低，從而降低了混凝土的干燥收縮率。

圖6 不同增稠劑對(duì)混凝土干縮的影響

4 結(jié)語

（1）在相同坍落度情況下，摻加增稠劑能夠大幅提高中粗砂混凝土的穩(wěn)泡性能和壓力泌水率，從而使混凝土的可泵性能大幅提升。

（2）摻加增稠劑的混凝土抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)組混凝土抗壓強(qiáng)度，增稠劑的加入使得混凝土石子裹漿能力提升，提高了混凝土勻質(zhì)性，也提高了漿體與骨料之間的膠結(jié)強(qiáng)度，減少了某一區(qū)域水分大量聚集的情況，因此使得強(qiáng)度還略有提高。

（3）摻加增稠劑能夠?qū)χ写稚盎炷疗鸬浇凳湛s的作用。試驗(yàn)表明，摻高分子聚合物類增稠劑（VM-Ⅰ）的混凝土，在坍落度達(dá)到（200±20）mm時(shí)，相較于基準(zhǔn)混凝土，塑性收縮和干燥收縮分別減少了15%和8%，摻纖維素醚類增稠劑（X-Ⅰ）的混凝土，在坍落度達(dá)到（220±20）mm時(shí)，相較于基準(zhǔn)混凝土，塑性收縮和干燥收縮分別減少了25%和13%。