聚合物混凝土配合比设计

聚合物混凝土配合比设计

王烜

兰州瑞原混凝土有限公司730050

摘要：目前全世界运用天然橡胶乳胶配制水泥砂浆，合成树脂和橡胶之后，采用外加剂作为乳液改性物质，这一技术在上世纪20年代就形成，得到聚合物水泥混凝土的物质，水泥沙晶和混凝土进行改性之后的物质经过国际化论证得到了认可，而且在国际会议上已经将聚合物水泥作为独立研究，例如在我国50年代始采用镜和物作为化学助材料的研制新品，当时开发的品种就包含了环氧树脂不饱和聚酯等。在交通、煤炭、建筑等各方面取得了好的经济效益。我国在进行聚合物水泥材料的开发上，无论是数量和品种上，经过近年来的不断的研发和实践，质量提高水平，同时在技术上也得到了不停的不断的转换，相继有聚乙烯醇、甲醛氯丁、橡胶丙烯醋酸等不断问世。随着我国高分子化学工业的不断发展，在聚合物水泥方面经过不断的研发，在聚合物水泥砂浆的采用之后，通过建筑工程的不断实践，获得了很好的效果。例如在混凝土和砂浆的密实度、混合物与水泥化和产物的凝结，以及砂浆中的孔隙结构填塞形成的弹性网膜等方面表现均良好。

关键词：聚合物；混凝土配合比；配合比设计

经过聚合物的不断应用，适合用于在地下进行防水构建，同时应用于水泥库化粪池游泳池等，而且可以对饮用水没有不产生污染，直接接触储水池中的饮用水，形成符合要求的聚合物，从而有效地对混凝土和砂浆进行改性，加大了混凝土的水泥水化产物的凝结强度，从发展前景和防水工程质量上不断提升潜能。

1、水泥材料

对于水泥材料聚合物一般分成三个类别进行论述，首先是液体菌和物，包括环氧树脂不饱和聚醋，还有水溶性聚合物，如聚丙烯酸盐纤维素衍生物，聚乙烯醇康纯聚丙烯酸醇。

另外还包含水溶性聚合物分散体，如合成橡胶、主树脂乳液、热塑型热固型树脂乳液，天然橡胶乳液和沥青质乳液等等。以上三种均为混凝土聚合物，包括醋酸乙烯聚丙烯酸乙酯、高废硅醇钠等等在内的聚合物，在质量上要求不得掺合有影响水泥水化过程的不良物质，同时要求寄存物本身不能被破坏，对水解聚合物、钢筋没有腐蚀作用。在主要助剂的使用上，要求聚合物和水泥能够有效地混合均匀，从而改善聚合物乳液中的化学稳定性，对水泥水生化物的搅拌抗剪力的机械稳定性要求也较高。

并且在水泥水化产物中不能有大量的金属离子，同时避免聚合物乳液导致的破乳和凝聚搅拌过程中聚合物质乳液产生和凝聚的稳定剂不得析出，并且将稳定的聚合物水泥独枕体进行紧密粘附。稳定剂采用表面活性剂种类和掺量，对效果有直接影响，根据聚合物品种进行适宜的稳定性的选择，在常用的稳定剂上，应该使用均染剂浓乳和OP型乳化剂进行消除，为避免因聚合物乳液中乳化剂和稳定剂的表面活化，产生了适量的消泡剂，因此让气泡加以消除之后，应该将拌合物的孔隙率进行减小，同时对强度予以降低[1]。

在抗水剂的选择上，为了避免聚合物发生掺量较多的情况，应该将聚合物水泥混凝土的凝结，加入一定量的促凝剂，以促使混凝土加入凝结。当选用耐水性较差的聚合物以及乳化剂稳定剂时，加入适量的抗水剂之后，产生水泥混凝土的凝结，同时在掺合物车辆较多的情况下，应延缓聚合物水泥混凝土的凝结。初凝剂由于聚合物称量较多，因此在耐水性较差的情况下，掺入适量的抗水剂。在聚合物和乳化剂稳定剂上添加过多的聚合物水泥混凝土，容易产生凝结，因此还需要加定一定的促凝剂，以促使期降低凝结时强度过大的情况。

2、混凝土配合比设计

选择选定混凝土，其他组分通常具灰比在20%的范围内，应进行聚合物产量的设定，包括聚合物的性能产量品种，使得聚合物水泥混凝土呈现最佳力学状态。在聚合物出现助剂的情况下，对混凝土性能改善，同时强度应该相应提高，当产量增大的时候，超过一定范围，则选择其他组分的普通混凝土集合，参考配合比见下表。在该表上聚合物为聚丙烯酸乙酯，水灰比为集合物分散体中的用水量，加水量则形成水泥重量之比。

配置的要点应满足配合物的水泥混凝土使用功能，在配合比的选择实验上，应将助剂的最小产量以及聚合物的材料进行降低，已将混凝土的造价进行控制，提供不同品种的聚合物选用不同的聚会比强度，其特性可见下表。按照选定的聚合物乳胶，均匀搅拌成乳液，加入稳定剂消泡剂，和一定量在搅拌机干拌均匀上加上石子水聚合物，共同搅拌均匀后形成聚合物水泥混凝土。四在施工注意事项上，基层如果有裂缝或者管道穿过，则使用高等级砂浆进行抹平，和天使在管道周围形成V型凹槽，应沿裂缝将渗漏水加以堵漏，控制水灰比后，注意不得任意加水，拌合物应趋于粘稠，影响施工和易性，使应添加适量备用乳液，在行脚半均匀供施工使用，掌握施工和易性之后，控制水灰比半和和浇筑过程中，将沿着裂缝和管道周围形成V型凹槽，使用高等级砂浆，将有裂缝的管道进行穿过，除去表面上的杂物和油雾，露出坚实表面，再铸浇混凝土的基层，如果含有混凝土的砂浆，则应该垫层，保持无尘土和杂物。

同时对洁净度进行控制，保证微型凹槽内垫层无尘土整洁。在控制水灰比上，应注意不得加水，同时防止影响质量，添加适量的备用乳液，经过搅拌之后均匀进行施工。此时对影响施工和易性的，应根据所选聚合物的性能以及工程量的大小，对拌合料和浇筑时间加以控制。所选乳胶凝聚成块时，则应掌握浇筑速度，应用多少，应该按照办和的情况进行鉴别。对于所选聚合物的性能和工程量的大小，在掌握半含量和浇筑时间上，对所选乳液应该进行聚焦，凝聚冬季以五度以上为宜，施工温度下及35度以上为宜。

在掌握浇筑速度的同时，对于混凝土浇筑完毕后出现硬化的情况，不得直接进行浇水养护。例如出现白色脆性聚合物膜的时候，应该及时进行聚合物混凝土的养护，防止析出白色粹型聚合物膜，导致混凝土质量下降。水泥强度应该注意在混凝土刚性骨架形成之后，在大气环境中保持混凝土的自然干燥，使混凝土形成的点网膜应该与水泥混凝土的刚性骨架之间进行紧密粘过，混凝土内部毛细孔道应该进行填塞，通常采取干湿交替的方法进行混凝土的养护，硬化后的七天之内应保持湿润和养护，在此期间水泥得以充分水化，水泥的强度应尽快增长，形成混凝土的刚性骨架。七天之后应转入自然条件下养护。聚合水泥混凝土的养护方法不同于普通防水混凝土，通常采取干湿交替的方式进行，七天之后应转入自然条件下进行养护，大气环境中应该自然干燥。有利于混凝土乳胶脱水固化。混凝土形成之后，混凝土内部的毛细孔道进行填塞，以获得相应的质量的聚合物[2]。

3、聚合物混凝土配合比设计案例

某建筑工程要求混凝土具有良好的工作性和足够的初凝时间，但现场配制的混凝土坍损大、凝结时间短，不能满足施工要求。了消泡剂、引气剂和缓凝剂与聚羧酸减水剂母液的复合作用，通过调配减水剂组成确定了各组分合适掺量，大幅改善混凝土的工作性，解决了超长灌注桩夏季施工难题。

3.1原材料：砂是河砂，细度模数2.82，含泥量小于0.7%；碎石是5~25mm连续级配碎石。

外加剂是高性能减水剂母液，固含量40%；葡萄糖酸钠（缓凝剂）；DF-16（消泡剂）；AZA（引气剂）。配合比进行混凝土拌和试验。首先将DF-16型消泡剂、AZA型引气剂与HY900型聚羧酸减水剂母液（掺量0.5%）进行复配。采用“先消后引”[3]的方式，先在聚羧酸系减水剂中加入DF-16型消泡剂，半小时后再加入AZA型引气剂。消泡剂掺量变化范围是0‰、1‰、2‰、3‰、4‰，AZA型引气剂掺量变化范围是0‰、1‰、2‰、3‰、4‰，共进行25组试验，测定坍落度、扩展度、含气量及28d抗压强度，来确定消泡剂、引气剂的最佳掺量[3]。

3.2消泡剂和引气剂与聚羧酸减水剂复配

在消泡剂掺量一定时，随着引气剂掺量的增加，混凝土的含气量相应提高，1小时后含气量均高于未掺引气剂的基准混凝土（表2）的初始含气量。虽然引气剂引入的大量气泡提高了混凝土的含气量，可是气泡偏大且不稳定，容易聚合后逸出[4]（如图6所示），这就是在引气剂掺量为0.01‰~0.04‰时含气量经时损失增加的原因。在引气剂掺量一定时，随着消泡剂掺量的增加，混凝土的含气量相应降低。消泡剂能够有效消除混凝土中不稳定的有害气泡[5]（如图6所示），剩下的是对保持混凝土工作性有积极影响的“微型”气泡，“微型”气泡稳定而不易散失，这就是在消泡剂掺量为0.01‰~0.04‰时含气量经时损失降低的原因。

在消泡剂掺量一定时，随着引气剂掺量的增加，混凝土的初始坍落度相应提高，保坍性明显改善。在引气剂掺量一定时，随着消泡剂掺量的增加，混凝土粘度增大降低了混凝土的坍落度，保坍性变差。这是由于引气剂在混凝土中引入了均匀分布的气泡，而这些圆润的气泡在拌合物中发挥“滚珠效应”[4-6]，可以显著提高混凝土的工作性能。相反，加入消泡剂会降低混凝土中的气泡数量，进而对混凝土的工作性能产生不利影响。

在消泡剂掺量一定时，随着引气剂掺量的增加，混凝土的28d抗压强度逐渐减小。在引气剂掺量一定时，随着消泡剂掺量的增加，混凝土的28d抗压强度逐渐增大。混凝土的强度与其结构密实度密切相关，含气量高，内部气孔较多，会导致混凝土结构疏松，进而降低其28d抗压强度。通过对坍落度、坍落度损失和强度因素的综合考虑，针对本试验用的HY900型聚羧酸减水剂，消泡剂和引气剂掺量分别为2‰和3‰时，混凝土坍落度损失较小且混凝土强度相对较高[4]。

与未掺葡萄糖酸钠的空白混凝土相比，葡萄糖酸钠与HY900、DF-16和AZA复配以后混凝土的初凝时间和终凝时间都有所延长，随着葡萄糖酸钠掺量的增加，延长幅度越大，缓凝效果明显。葡萄糖酸钠掺量超过6%时，初凝时间大于12小时，满足施工要求（≥11小时）。未掺葡萄糖酸钠的空白混凝土的坍落度经时损失较大，为50mm；当葡萄糖酸钠掺量为6%时，经时损失减小为10mm，而当掺量为8%、10%时，经时损失几乎为零。因此在葡萄糖酸钠掺量为0~10%时，随着葡萄糖酸钠的掺量的增加，混凝土的坍落度损失随之减小。葡萄糖酸钠掺量达到6%时，混凝土的工作性达到最好状态，之后再增加掺量，性能改善并不明显，但会增加成本。为验证复配减水剂的质量，将自己复配的聚羧酸高性能减水剂送至检测中心检测。检测结果符合规范要求，经试验，混凝土初始坍落度245mm，初始扩展度560×550mm，1h坍落度230mm，1h扩展度535×525mm，初凝时间12h35min，能够满足超长灌注桩施工要求。复盘检验结果表明，通过在聚羧酸减水剂中复合使用消泡剂、引气剂和缓凝剂的确可以极大改善灌注桩混凝土的工作性，提高工作性保持性能，并延长混凝土凝结时间。

采用钻芯法进行检测，结果表明，混凝土芯样连续、完整、胶结好，芯样侧表面光滑、骨料分布均匀，芯样呈长柱状、断口吻合。采用超声波投射法进行检测，结果显示，所有声测线声学参数均无异常，接收波形正常。经分析，桩基完整性良好，为Ⅰ类桩[5]。

结语

随着消泡剂掺量的增加，各组混凝土初始坍落度、含气量相应降低，混凝土28d强度随之提高，这说明消泡剂能够很好地消除聚羧酸减水剂中的有害气泡，使混凝土拌合物含气量降低，从而提高混凝土的强度，同时使混凝土粘度增大降低了混凝土的坍落度。增加引气剂的掺量可以明显改善混凝土的初始坍落度和提高混凝土的保坍性，但由于在混凝土中引入了均匀分布的“微型”气泡提高了混凝土的含气量，造成混凝土28d强度相应降低。随着聚羧酸系减水剂中葡萄糖酸钠掺量的增加，混凝土的凝结时间有所延长，并且在掺量变化范围内，均没有发生异常凝结。

参考文献：

[1]杨永民，李兆恒，蔡杰龙，等.无机聚合物混凝土配合比设计方法研究[J].广东水利水电，2017，（3）：27-34.

[2]朱军家，李波，曹贵，等.考虑抗滑性的聚合物改性纤维混凝土配合比设计[J].中国建材科技，2014，（6）：14-16，26.

[3]林天干，万鸣华，周正祥.聚合物水泥基固化剂配合比设计试验研究[J].公路，2014，59（10）：97-101.

[4]杨黔.聚合物复合添加剂沥青混合料配合比设计方法及技术性能研究[D].陕西：长安大学，2012.

[5]张郁旋，赵晶.锌矿渣地质聚合物配合比及强度性能研究[J].大连交通大学学报，2018，39（5）：71-74.