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聚丙烯酰胺对混凝土性能的影响

发布时间:2020-11-08 16:36:06     作者:波涛净水

摘要:聚丙烯酰胺(PAM)是混凝土常用的外加剂之一。主要从混凝土的抗压抗折强度、凝结时间、抗磨性和抗渗性等方面进行研究探讨聚丙烯酰胺对混凝土性能的影响,结果表明:不同掺量下PAM对混凝土各方面性能存在一定的影响,并简单对其机理进行分析。

近年来,随着建设工程项目的开展,项目工程中商品混凝土出现的泌水、离析以及开裂等问题层出不穷,粘结性不好、弯曲韧性差是桥面铺装水泥混凝土产生病害的主要原因,混凝土质量引起相关质检部门的高度重视。因此,配置高性能混凝土已然成为一个热点,具有较重要的现实意义。

普通混凝土具有抗拉强度低、凝结时间短、耐久性差等问题,为克服这些缺点,人们一直在寻求一些能够明显改善混凝土性能,且不会对原来基础性能造成不良影响的添加剂,此时有机高分子聚合物成为入们研究的一个新方向。

PAM作为一种无毒水溶性高分子聚合物,其分子链具有的架桥作用,以及阴离子基团的电荷作用,决定了PAM具水溶性,有絮凝、减阻、分散等功效,可以明显降低混凝土材料微观层面的摩擦阻力,使其广泛应用于石油化工等行业。当PAM在水中溶解时,在水中离解成多电荷大分子量的离子,同性电荷强烈相斥作用使线团状大分子变成曲线状,增加了溶液黏度。增稠剂的颗粒效应和表面活性作用可以显著改善混凝土的黏聚性和保水性,在大流动性混凝土中能避免粗细骨料的分离,使各个组分均匀分布于混凝土中。

为了研究PAM对混凝土性能的改性效果,本文采用聚丙烯酰胺和TW-JS高性能减水剂分别配置不同掺量下PAM改性混凝土和高性能混凝土进行相关试验,并分析混凝土的抗压抗折强度、凝结时间、弯曲韧性和抗磨性的与PAM掺量的关系。

1、原材料配比及试验方法

1.1原材料

水泥:采用福建炼石水泥有限公司生产的P·0425水泥,其性能符合规范要求。

砂;采用水洗砂,细度模数1.8,含泥量小于1.0%。

碎石:采用人工轧制碎石,其中粒径0.5-1cm的碎石占20%,粒径1-4cm碎石占80%,级配良好。

聚丙烯酰胺:采用巩义市波涛净水材料有限公司生产的PAM,其分子量为107,为白色粉末。

减水剂:采用福建建工建材科技开发有限公司的TW-JS高性能减水剂。

1.2配合比方案

按照强度等级C30坍落度130-150mm和砂率29%设计普通混凝土作为基准混凝土,TW-JS高性能减水剂的掺量为水泥用量2%,PAM掺量为水泥用量的2%、4%、6%、8%等4种掺量加入基准混凝土中,测定结果如表1。本文表格里P/C(%)为聚灰比。

表1PAM改性混凝土的配合比设计

序号 P/C%[TW-JS掺量(%)】 水灰比W/C 减水率% 配合比/水:水泥:砂:碎石:PAM/(TW-JS) 坍落度/mm
1 0 0.38 0 0.38:1:1.11:2.72:0.00 142
2 【2.0】 0.311 18 0.311:1:1.11:2.72:(0.02) 135
3 2 0.38 0 0.38:1:1.11:2.72:0.02 141
4 4 0.38 0 0.38:1:1.11:2.72:0.04 138
5 6 0.369 3 0.369:1:1.11:2.72:0.06 135
6 8 0.361 5 0.361:1:1.11:2.72:0.08 133

1.3混凝土的搅拌工艺

采用混凝土搅拌机搅拌,转速48r/min,搅拌时间5min后成型。

1.4试验方法

抗压强度、抗折强度、凝结时间等性能按照《混凝土外加剂》(GB8076-2008)方法测定,抗磨性与抗渗性按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG-E30-2005)规定的方法测定。

2、试验结果与分析

2.1抗折强度与抗压强度

表2PAM改性混凝土抗折强度与抗压强度试验结果

序号 P/C[TW-JS掺量(%)] 7d抗压强度/MPa 7d抗折强度/MPa 28d抗压强度/MPa 28d抗折强度/MPa
1 0 26.2 - 34.4 4.13
2 【2.0】 28.7 - 36.8 4.89
3 2 24.6 - 33.2 4.78
4 4 23.5 - 32.6 4.83
5 6 22.7 - 31.5 4.98
6 8 20.7 - 29.8 4.53

抗折强度与抗压强度测定结果见表2,结果表明:①掺入TW-JS高性能减水剂后,混凝土和易性明显改善许多,减水率达18%。这是因为TW-JS减水剂掺入混凝土中,其吸附分散作用破坏了水泥颗粒的絮凝结构,部分水泥基团包裹的水被释放并参与流动。②掺TW-JS高性能减水剂的混凝土强度均比普通混凝土强度明显提高,7d抗压强度提高9.5%,28d抗压强度提高6.9%,28d抗折强度提高18%。这是因为TW-JS高性能减水剂的掺入,使得水泥颗粒包裹的水部分被释放,也就让混凝土水灰比降低,水泥内部孔隙率减少,结构更加紧密,因此强度伴随着上升。③除掺入高性能减水剂外,其余几组试验随PAM掺量的增加其坍落度也伴随着变小,且伴有扩展度减小的现象。这是由于PAM的胶黏作用增加混凝土的粘聚性,从而增加混凝土的稠度,而掺入TW-JS高性能减水剂后坍落度达较大值,则是由于减水剂的离子表面活性作用,且引入一定量的微小气泡有助于混凝土浆体的扩展。④随着PAM掺量的增加,混凝土抗压强度逐渐下降,可能是由于PAM会引入一定量的气体,增加混凝土内部的孔隙率;而抗折强度逐渐上升,则体现出PAM的粘结效果明显,说明PAM可适当降低混凝土的脆性。

2.2凝结时间的测定

混凝土中单掺PAM和PAM与TW-JS复掺时混凝土的初凝时间与终凝时间如表3所示。

表3PAM对混凝土凝结时间的试验结果

序号 P/C/%+[TW-JS掺量(%)] 初凝时间 终凝时间
1 0 2h13min 4h55min
2 2+【2.0】 3h15min 6h5min
3 2 2h33min 5h33min
4 4 2h36min 5h38min
5 6 2h48min 5h45min
6 8 3h51min 5h49min

由实验结果可知,单掺PAM,混凝土的初凝时间与终凝时间都会被延迟。当PAM掺量为4%时,随着PAM的继续加入,混凝土凝结时间延长不明显,而终凝时间略有所上升。而PAM与TW-JS高性能减水剂复掺时,混凝土不管初凝时间还是终凝时间都达到较大,说明该减水剂中有能够起到缓凝作用的成分存在。由上可见,PAM对混凝土具有缓凝作用,在掺量为4%的时候,初凝时间能够延长23min,终凝时间能够延长43min。

2.3抗磨性与抗渗性

对混凝土进行抗磨性与抗渗性试验测定,具体数据见表4。

表4PAM抗磨性与抗渗性试验结果

序号 P/C/%[TW-JS掺量(%)】 磨损量/(kg/m2 渗水高度/mm
1 0 4.325 45
2 [2.0] 3.825 20
3 2 3.756 25
4 4 3.945 18
5 6 4.156 15
6 8 4.140 25

试验表明:①随着PAM的掺入,使得混凝土结构更为严密,其抗渗性能更近优越,这是由于PAM溶于水后产生的链条式化合物填充于混凝土内部空隙,提高了混凝土的致密性,从而使渗水通道被堵塞,提高了混凝土的抗渗性能,其中当掺量为2%时候,其单位面积磨损量达到较小,比普通混凝土降低11.3%,由此可见,从抗磨性结果考虑PAM较佳掺量为2%。②单掺TW-JS高性能减水剂的混凝土抗磨性和防水性能均比普通混凝土有所提高,进一步证明TW-JS高性能减水剂的加入使得混凝土结构更为紧密,从而使其抗磨性与抗渗性能加以提升。

3、机理分析

通过对PAM改性混凝土性能的试验研究表明,PAM的掺入会使混凝土强度略有下降,但其他性能得到较好改善,尤其抗磨性抗渗性在实际工程使用中得到较好反馈效果。这是由于PAM的絮凝与胶粘作用,由于PAM分子链节的自旋转性,决定了其具有弹性与塑性,当其溶解于水中,分子侧链上水解为羧基聚合物,这种聚合物和丙烯酰胺-丙烯酸纳共聚物结构很相似。水解的PAM会同多种金属阳离子如Ca2+等相互作用生成包含-COO-Ca-OOC-和HO-Ca-OOC-等离子键的化合物,导致了PAM分子间的交联,这些高分子交联物无定型且具有亲水性,因此,可将PAM对混凝土的作用归纳为2个方面,即表面活性作用和网状交联作用。因此,PAM的加入能够提高混凝土的抗磨性等相关性能。

4、结语

(1)PAM的加入,能使混凝土抗压强度有所下降,但抗折强度随着PAM的加入呈现先增加后下降的趋势。

(2)PAM能适当延长混凝土的凝结时间,说明其具有一定的缓凝效果。

(3)PAM能够有效提高混凝土的抗磨性与抗渗性,其在掺量2%时能达到较佳的耐磨效果。

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