增粘剂对砂浆强度影响机理分析

1、增粘剂对高流动砂浆强度影响机理分析摘要:针对不同增粘剂掺量对高流动砂浆性能的不同影响,采用截锥圆模测试增粘剂对砂浆工 作性能的影响；按照普通混凝土力学和压汞试验方法,测定了不同增粘剂掺量对混凝土力学性能和孔 隙构造的影响。结果表明,这三种增粘剂对砂浆强度和孔隙构造都有一定的影响。最后，选择对强度 影响最大的PR-328应用于自密实混凝土配合比中，其配出的自密实混凝土都满足自密实混凝 土规定的各项指标。关键词:高流动砂浆；增粘剂；工作性；力学性能；微观孔隙构造；自密实混凝土0 引言增粘剂是近几年研究开发的一种新型的水泥混凝土外加剂，它能够增加水泥胶凝材料的粘聚性 和粘结力，减少材料组分的分离率，

2、提高匀质性和硬化产品的性能。增粘剂目前正越来越多的用于 混凝土中，主要是作为自流平混凝土、自密实混凝土、水下不分散混凝土以及喷射混凝土外加剂的 重要组成部分。在抑制混凝土泌水、离析、提高水下混凝土的抗离析性、降低喷射混凝土的反弹率 等方面具有良好的效果。有着广泛的应用前景。合理使用增粘剂，增粘剂能显著增加水溶液的粘度,解决高流动度、高扩展度的新拌混凝土的变 形能力和抗离析性的矛盾,提高自密实混凝土的稳定性、充填性。但是一般掺入增粘剂会对混凝土硬 化后的强度有所影响。本文主要研究这三种增粘剂： PR-328、HPMC、HTL-S100 对砂浆强度的 影响，并分析其孔隙构造与强度之间的关系。最后选

3、取一种增粘剂应用于自密实混凝土的配 制。1 原材料与实验方法1.1 原料性能（1）水泥采用北京水泥厂的金隅牌水泥P.O42.5普通硅酸盐水泥，密度3.1g/cm3, 3天抗折强度与抗压强 度分别为5.9MPa和28.4MPa, 28天抗折与抗压强度分别为9.6MPa和56.2MPa。（2）砂河砂，密度2.67g/cm3,堆积密度1.495g/cm3，空隙率44.01%，按JGJ52-92检测细度模数2.6，含 泥量2.7%，属II区中砂。（3）石子密度2.7g/cm3,堆积密度1.577g/cm3。空隙率：41.59%，按JGJ53-92检测为516mm连续级配 卵石，压碎指标 13.34%，

4、含泥量 0.76%。（4）粉煤灰北京丰台轻体生产I级粉煤灰，密度2.3g/cm3。5）增粘剂表 1 试验用增粘剂增粘剂类型增粘剂名称固含量丙烯酸系碱溶胀阴离子型协和型PR-328300.5%纤维素醚及其衍生物类HPMC1%聚氨酯类HTL-S10017.5%6）高效减水剂高效减水剂为苏州弗克新型建材公司生产的F0X-8H型高效减水剂，固含量40%，减水率30% 以上。（7）水普通自来水。1.2 实验方法采用测试普通砂浆跳桌试验中的截锥圆模来测定高流动砂浆的流动扩展度。 根据砂浆力学性能试验方法标准测定高流动砂浆的强度，根据普通混凝土力学性能 试验方法标准（GB/T50081-2002）测定自密实

5、混凝土的强度。用压汞法测定砂浆的孔隙结构，测孔试件打成4cmx4cmx16cm的砂浆试块，到规定龄期破碎 成3-5m m的小颗粒。清洗干净用烘箱烘干，试体烘干后采用美国Micromeritics公司生产的 AutoPoreW 9510型光导材料细空隙测定仪测定了砂浆的微观孔隙分布。压汞试验中可以测定集料或 砂浆中的孔直径为3360000n m的孔隙特征，包括凝胶孔、过渡孔、毛细孔和大孔，这也是能够影 响砂浆和混凝土强度与渗透性的主要孔结构。增粘剂对砂浆工作性能的影响结合自密实混凝土的配合比，得到高流动砂浆的配合比见表2。表2试验配合比（kg/m3）水水泥粉煤灰细骨料咼效减水剂252497267

6、12056.11对其配合比进行试拌，对三种增粘剂的掺量进行变化，测试其新拌砂浆的工作性能。砂浆的坍落扩展度保持在30cm以上。表3砂浆增粘剂加入量和其工作性能配合比编号增粘剂类型增粘剂掺量（g）流动扩展度现象B032cm轻微泌水P-1PR-328122.24 （胶凝材料 0.016%）31cm不泌水P-2PR-328244.48 （胶凝材料 0.032%）30.5cm不泌水H-1HPMC （1%溶液）229.2 （胶凝材料0.03%）31 cm不泌水H-2HPMC （1%溶液）458.4 （胶凝材料0.06%）30.5cm不泌水S-1HTL-S100343.8 （胶凝材料 0.045%）31

7、cm不泌水S-2HTL-S100687.6 （胶凝材料0.09%）30cm不泌水从表 3 可以看出这三种增粘剂可以减少泌水作用显著，而掺入增粘剂时砂浆的流动度随着掺量 的增大有所降低。增粘剂对砂浆力学性能的影响本试验对不同增粘剂的不同掺量进行了力学性能测试，包括7 天、28天的抗压强度和抗折强度。 其结果见表 4。表4增粘剂掺量对砂浆力学性能的影响配合比编号增粘剂掺量（g）7天强度（mpa）28天强度（mpa）抗压抗折抗压抗折B048.96.871.4710.1P-1122.24 （胶凝材料 0.016%）43.296.7762.519.8P-2244.48 （胶凝材料 0.032%）40.2

8、77.0762.0110.15H-1229.2 （胶凝材料0.03%）46.618.072.6410.8H-2458.4 （胶凝材料0.06%）46.617.8573.7310.3S- 1343.8 （胶凝材料 0.045%）49.137.979.0311.3S-2687.6 （胶凝材料0.09%）50.248.077.919.8由表4看出，这三种增粘剂中PR-328和HTL-S100对砂浆强度的影响最大，其中PR-328与未 掺增粘剂相比砂浆的强度在7 天抗压强度在掺量为0.016%降低了11.5%，在掺量为0.032%降低了1 7.6%；而在28天抗压强度在掺量为0.03%降低了 11.5

9、%，在掺量为0.032%降低了 17.6%。HTL-S1 00 与未掺增粘剂相比砂浆的强度在7天抗压强度在掺量为0.045%增大了 0.5%，在掺量为 0.09%增 大了 2.7%；而在28天抗压强度在掺量为0.045%增大了 10.6%，在掺量为0.09%增大了 9%。这两种 增粘剂的抗压强度都是随着掺入量的增大而减小。增粘剂PR-328和HTL-S100对砂浆抗折强度的 影响是随着PR-328掺量的增大其抗折强度有所增长，而HTL-S100是随着掺量的增大有所降低。 HPMC 抗压强度在掺量 0.03%和 0.06%时， 7 天都降低了 4.68%，而在 28 天时分别增大了 1.64%和

10、 3. 16%。抗折强度在掺量0.03%和 0.06%时，在7天龄期分别增大了 17.65%和 15.44%，但是到28天龄 期时，却只分别增大了 6.93%和1.98%。因此，较另外两种增粘剂而言HPMC对砂浆的强度的影响 相对于前面的两种增粘剂对砂浆强度的影响最小，无论从抗压强度还是抗折强度。砂浆的孔结构与力学性能关系力学强度是水泥基材料最重要的宏观性能之一，它与浆体的微结构有着密切的关联。为了探讨 砂浆孔结构对砂浆力学性能的影响，实验采用美国Micromeritics公司生产的AutoPore W9510型光导材 料细空隙测定仪测定了砂浆的微观孔隙分布。在本次试验中涉及到的孔结构参数分别

11、有：孔结构特征参数、孔级配和孔分形维数。孔结构特征参数是指总孔隙率、平均孔径、中值孔径。总孔隙率反映了材料强度和其他性能的形成过程，从 微观结构上表征其宏观性能。中值孔径指累计孔体积孔径曲线中，50%总孔体积所对应的孔径。中 值孔径能够反映孔径的平均大小，有按照体积计算和按照表面积计算两种，这两类孔径参数均在某 些程度上反映了材料内部孔径的分布情况与大小。孔级配主要指孔径分布，砂浆内部存在的孔径大 小不一，而不同孔径的孔对砂浆及混凝土的性质影响不同。各个配合比的相关孔结构特征参数与力 学性能见表5。表5 试样相关孔结构特征参数与力学性能龄期配合 比编 号总孔隙量(mL/g)分形维 数总孔隙率(

12、%)平均孔径(nm)中值孔径(nm)强度(mpa)按体 积计按面 积计抗压抗折7天B0.07622.84616.041225.548.09.948.96.8P-10.08442.85717.399831.862.612.243.296.77P-20.09282.83518.680029.762.311.340.277.07H-10.07742.89116.035417.239.05.846.618.0H-20.07932.85316.377919.645.96.346.617.85S-10.07082.87114.861918.439.76.249.137.9S-20.07592.89615.

13、679820.143.46.550.248.028天B0.06682.83914.227515.430.45.971.4710.1P-10.07752.84916.079215.329.95.962.519.8P-20.08382.85117.101117.735.86.162.0110.15H-10.07432.87915.453414.429.55.972.6410.8H-20.07622.89215.773113.827.65.773.7310.3S-10.07342.85115.294413.525.16.079.0311.3S-20.07372.90115.348615.630.76

14、.577.919.8对砂浆强度影响的因素不仅包括总孔隙量，总孔隙率，还应包括孔径分布和孔的形态等其它方面。本文主要从总孔隙率，中值孔径和孔径分布来说明砂浆的强度和孔隙之间的联系。4.1 砂浆总孔隙率与抗压强度关系砂浆的孔隙率是微孔结构参数中最重要的物理量之一，它与砂浆的宏观力学性能、体积变形性 能、容重、导热性、吸水性、渗透性能及耐久性能有十分密切的关系。本文研究砂浆的总孔隙率 与抗压强度的关系。抗压强度T总孔隙率広傘隙孔总0 5 02 115 0o o o o o o O6 5 4 3 2 1 k抗压强度T总孔隙率広傘隙孔总0 5 02 115 0o o o o o o O6 5 4 3 2

15、 1 k助俊强压抗抗压强度总孔隙率o o o o o O0 8 6 4 2”傘隙孔总0 5 02 115 0图 1 砂浆 7天总孔隙率与抗压强度图 2 砂浆 28 天总孔隙率与抗压强度从图 1 和图 2可以看出总孔隙率对砂浆的强度存在一定的影响，无论是图 1 或图 2可以 看出当总孔隙率最大时，砂浆的强度最低。实质上都反映了随孔隙率的增加，混凝土强度降 低这一趋势。但是S-1和S-2在七天时，其孔隙率分为14.8619和15.6798远小于P-1和P-2在 28天的孔隙率16.0792和17.1011,而S-1和S-2在七天时的抗压强度远小于 P-1和P-2在28 天的抗压强度。总孔隙率小 （

16、大孔多）的材料的强度可能小于总孔隙率大（大孔少）的材料，即总孔隙 率不是衡量强度的唯一孔结构参数，孔尺寸分布也会对混凝土强度产生较大的影响。4.2 砂浆中值孔径与强度关系孔径是表征孔尺寸的重要参数，当水泥基材料孔隙率相近时，其孔径大小就可能决定材料的宏 观力学性能及耐久性能。实验中以体积中值孔径为代表，即累计孔体积孔径曲线中，50%总孔体积 所对应的孔径。中值孔径均是表征孔径平均大小的参数，也从一定侧面反映了孔径分布情况，当孔 隙率相近时，中值孔径越大则表示孔结构中大孔数量较多，反之则小孔数量较多。25203040506070中值孔径(nm)2 1 0 9 8 7 62520304050607

17、0中值孔径(nm)2 1 0 9 8 7 611 11 11aB度强折抗203040506070中值孔径(nm)图4 砂浆的中值孔径与抗折强度图图4 砂浆的中值孔径与抗折强度图3和图4列出了砂浆的抗压强度和中值孔径之间的变化规律。砂浆的中值孔径与抗压强度和抗 折强度都存在一定的线性关系。随中值孔径的减小，砂浆的抗压强度和抗折强度有增大的趋势。说 明了孔径分布对抗压和抗折强度具有非常重要的影响.4.3 孔径分布对砂浆强度的影响孔径分布对抗压强度具有非常重要的影响。按照IOM布特等人对孔的分类，将压汞仪测定结果 分为四类：大孔（1000nm）、毛细孔（100lOOOnm）、过渡孔（10100nm）

18、和凝胶孔（vlOnm）。og皋隙孔总og隙孔总og皋隙孔总og隙孔总图5 砂浆7天的孔隙分布图图6 砂浆28天的孔隙分布而孔径分布对砂浆强度也存在一定的影响。图5和图6所示为各配合比砂浆各类孔占其总孔隙 量的百分比，对于各个配合比的砂浆，随着龄期的增长，其大孔数量有所减小，毛细孔数量减少， 过渡孔基本保持不变，凝胶孔数量增加，其中凝胶孔数量增加趋势明显。随着龄期增长砂浆孔隙的 进一步细化，其力学性能有所提高。H2-7dS1-7dH1-7dB-7di S2-7dP1-7di P2-7d01000000 10000 100pore diameter/nm08-060402_gs(E ULOV er

19、op180-H2-7dS1-7dH1-7dB-7di S2-7dP1-7di P2-7d01000000 10000 100pore diameter/nm08-060402_gs(E ULOV erop180-0604020 *1000000H2-28dS1-28dH1-28dB-28dS2-28dP1-28di P2-28d10000 100pore diameter/nm图7 7天各砂浆孔隙体积与孔直径从上图可以看出随着龄期和强度的增长图 8 28 天各砂浆孔隙体积与孔直径 砂浆的各个配合比的总孔隙量均有所减小。加增粘剂 的砂浆随龄期增长时，其孔隙量降低小于不加增粘剂的砂浆。不加增粘剂砂

20、浆的B在28天的总孔隙 量为7天总孔隙量的87.66%，而加增粘剂的砂浆P1、P2、H1、H2、S1、S2在28天的总孔隙量为 7 天总孔隙量分别为 91.82%、 90.30%、 95.99%、 96.09%、 103.67%、 97.10%。从图 7可以看出在龄 期为 7 天时，只有加增粘剂 PR-328 图7 7天各砂浆孔隙体积与孔直径从上图可以看出随着龄期和强度的增长5 PR-328 配制 C60 自密实混凝土自密实混凝土分为三种类型：粉体系、增粘剂系和并用系自密实混凝土。并用系自密实混凝土 系添加增粘剂，增粘剂除了可增加混凝土之抗析离性外，最重要的是可缓和细骨料表面水变动、细 骨料粒

21、径变化对新拌混凝土之影响，可使砂石表面水之水量的变化范围在(-10%10%)，具有稳定自 密实混凝土功效。其中并用系自密实混凝土之粉体用量与粉体系自密实混凝土相近。单位粉体用量多在450600kgw/m3,水粉比为0.270.4习。本实验用对砂浆强度和孔结构影响最大的PR-328来配 制并用系自密实混凝土。根据并用系自密实混凝土的粉体用量和水粉比要求,结合上面所配的高流动砂浆的水与胶凝材 料与砂子的比例配制了并用系自密实混凝土。配制要求为自密实等级：二级；强度等级:C60。其配 合比见表 6。表6并用系自密实混凝土配合比（kg/m3）水水泥粉煤灰细骨料粗骨料高性能减水剂PR-328175345

22、1858368104.240.0848新拌自密实混凝土工作性要求具有高流动性、填充性、间隙通过性及抗离析性。一般一种测试 方法无法全面反映其工作性能,需采用两种及两种以上的测试方法来评价流动性、填充性、间隙通 过性及抗离析性。本实验从坍落扩展度试验、T50、U型箱、V型漏斗这些工作性能检测的方法来检 测自密实混凝土的新拌混凝土性能1。其新拌混凝土见表7。表7 并用系自密实混凝土新拌混凝土性能坍落扩展度（mm）730T50 (s)6.5U型箱两腔咼度差（mm）25V型漏斗通过时间（s）21表7中新拌混凝土的各项工作性能检测方法检测的结果都满足自密实混凝土自密实等级为二级 的新拌混凝土性能的各项要

23、求1。根据普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T 50081- 2002）对自密实混凝土测了3天，7天， 28天和28天振捣强度。混凝土的内部结构是否密实,可以通过混凝土的强度来反映。混凝土的强度 随内部孔隙率的增加而降低，这是早已被混凝土强度理论所证实的。因此，本试验采用振捣和不振 捣两种方法成型，比较其28天强度比值，即可考察自密实混凝土的自密实程度11。表8并用系自密实混凝土力学性能（mpa）强度3天7天28 天(f1)28天振捣（f2）f1/f2比值自密实性评价C604147. 371.773.10.98优良注in：自密实性评价是根据fl/f2比值来确定。当fl/f20.,90自密实

24、性优良; 当f1/f2=0.80-0.90，自密实性良好；当f1/f2V0.80，自密实性差；表8中的自密实混凝土的力学性能满足所要配制的C60的自密实混凝土。并且自密实性能优良。6 结语（1）结果表明，这三种增粘剂对砂浆强度都有一定的影响， PR-328 降低了砂浆强度，并且 随着掺量的增大，抗压强度减小，对抗折强度影响不大；而 HPMC 对砂浆的抗压和抗折强度 均有所增大； HTL-S100 对砂浆的抗压和抗折强度均起到增强的作用， 但是随着掺量的增大砂 浆的抗压和抗折强度均有所降低。在配制并用系自密实混凝土时，可以优先选用HPMC，HPMC 对混凝土的力学性能影响最小。（ 2）增粘剂对砂浆的孔隙构造有一定的影响，在 28 天的加增粘剂的砂浆总孔隙率均大于 不加增粘剂的砂浆。总孔隙量也均大于不加增粘剂的砂浆。三种增粘剂中，增粘剂PR-328对砂浆的 孔隙构造的影响最大。增粘剂对砂浆的孔隙构造有一定影响，而孔隙构造关系到混凝土的各项性能。 本实验只对加增粘剂的砂浆和混凝土做了力学性能研究，未对其抗渗性能、抗冻融、碳化、干