聚丙烯酰胺改性水泥砂漿的強(qiáng)度與工藝研究

1、聚丙烯酰胺改性水泥砂漿的強(qiáng)度與工藝研究第23卷第4期2OO6年4月公路交通科技JournalofHi,wayandTransportationResearchandDevelopmentV0I_23No.4Apr.2006文章編號(hào):1002-0268(20O6)04-0033"04聚丙烯酰胺改性水泥砂漿的強(qiáng)度與工藝研究孫增智,申愛琴,匝囹(長安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安?10064)摘要:通過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),抗折強(qiáng)度試驗(yàn),凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)與水泥凈漿和水泥砂漿的攪拌工藝試驗(yàn),研究了聚丙烯酰胺改性水泥凈漿和水泥砂漿的性能及改性機(jī)理.研究結(jié)果表明:聚丙烯酰胺對(duì)水泥砂漿的攪拌工

2、藝和凝結(jié)時(shí)間有顯著影響,而且對(duì)提高水泥砂漿的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度有顯著作用,并可降低壓折比.關(guān)鍵詞:聚丙烯酰胺;凝結(jié)時(shí)間;抗折強(qiáng)度;抗壓強(qiáng)度;壓折比中圈分類號(hào):U414.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AStudyonTechnologyandStrengthofPolyacryarnideModifiedCementMortarSUNZengzhi,SHENAiqin,匭(KeyLaboratoryforSpecialAreaHighwayEngineeringofMinistryofEducation,clla1g'allUniversity,ShaamdXi'an710064,China)A

3、bstract:aoughcompressivesngthtest,flexurals仃engIlltest,cementsettingtimetest,andmixedtechnologytestofcementslurryandcementmortar.Themodifyingeffectofmechanismandpropertyofpolyacryamidemodifyingcementslurryandcementmortard地studied.RelevanttestandanalysisshowthatpolyacryamideCanobviouslyaffectmixingte

4、chnologyandsettingtimeofcementslur-ry.Moreover,polyacryamidecannotonlyeffectivelyenhancetlexurals;tIlandcompressivestash,butalsodecreasetheratioofcompressivestrer增【lltoflexuralstrengcl1.Keywords:Polyacryamide;Settingtime;glexuralstrengthCompressivestrength;Ratioofcompressives;tIltotlexuralngth水泥混凝土剛

5、性大,穩(wěn)定性好,傳荷能力強(qiáng),曾在剛性路面和中小橋橋面鋪裝中有過大量應(yīng)用.但水泥混凝土抗拉強(qiáng)度低,極限應(yīng)變小,脆性大,易開裂,動(dòng)載沖擊與疲勞陛能差,無法適應(yīng)高速公路以及大橋,特大橋的使用情況,尤其在當(dāng)前大交通量和重載現(xiàn)象f3趨嚴(yán)重的形勢下.因此,對(duì)混凝土性能進(jìn)行改良已是大勢所趨.近年來,在混凝土中加入少量有機(jī)高分子聚合物,成為對(duì)混凝土性能進(jìn)行改良的一個(gè)新動(dòng)向.在眾多的水泥混凝土改性用聚合物中,水溶性聚合物聚丙烯酰胺(Polyacryamide,簡稱PAM)因其優(yōu)異的物理化學(xué)特性,已在各行業(yè)中受到廣泛應(yīng)用.但將PAM應(yīng)用于水泥混凝土的并不多,本文主要研究PAM摻量與PArd改性水泥砂(凈)漿性能之

6、間的發(fā)展變化規(guī)律,并初步分析PArd在水泥砂(凈)漿中的作用機(jī)理,以期能為PAM改性混凝土的配比設(shè)計(jì)和施工提供一定的參考依據(jù).1原材料及配合比方案1.1原材料水泥:采用秦嶺425R硅酸鹽水泥,其性能符合規(guī)范要求.砂:中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂.收稿日期:2004-11-08基金項(xiàng)目:西部交通科技資助項(xiàng)目(2002zB06)作者簡介:孫增智(1969一),男,陜西商州人,工學(xué)碩士,主要研究方向?yàn)椴牧吓c道路工程(m126.c0m)公路交通科技第23卷聚丙烯酰胺:采用聊城泰豐化工有限公司生產(chǎn)的板橋牌聚丙烯酰胺,其相對(duì)分子質(zhì)量為6×1,為白色粉末狀干粉.1.2PAM改性水泥砂漿的配合比方案膠砂配合比方

7、案見表1.表1PAM改性水泥膠砂配合比Tab.1PAMmodifyingcement咖rIa徹ixproportion2凈漿與砂漿的制漿工藝2.1PAM改性水泥凈漿的制漿工藝按照GB/T13462001的規(guī)定,在水泥凈漿攪拌機(jī)上進(jìn)行PAM水泥凈漿的制漿操作.在水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量下加入PAM后按標(biāo)準(zhǔn)要求先快速攪拌120s停15s后高速攪拌120s,結(jié)果發(fā)現(xiàn)凈漿變得很稠硬,繼續(xù)按標(biāo)準(zhǔn)再攪拌1遍后發(fā)現(xiàn),凈漿稍微有所變稀軟,初步推斷凈漿稠度與攪拌時(shí)間和攪拌速率有關(guān).于是改機(jī)器自動(dòng)攪拌設(shè)置為手動(dòng)設(shè)置,重新制漿慢速攪拌180s發(fā)現(xiàn)凈漿被標(biāo)準(zhǔn)攪拌1遍時(shí)還有點(diǎn)稠硬,再繼續(xù)攪120s無有任何改善.然后改用高速攪

8、拌,發(fā)現(xiàn)凈漿稠度變化很大,已成塑性狀態(tài),且隨攪拌時(shí)間增長凈漿變稀,試驗(yàn)結(jié)果見表2.可見,PAM水泥凈漿的稠度跟攪拌的剪切速率有很大關(guān)系.初步確定采用先標(biāo)準(zhǔn)攪拌1遍后高速攪拌的工藝對(duì)PAM水泥凈漿進(jìn)行攪拌.表2PAM水泥凈漿制漿工藝試驗(yàn)結(jié)果Tab?2TechnologicaltestresultsofPAMmod.gcementBlurry注:試驗(yàn)所用PAM系袋口開封后室內(nèi)放置46d之樣品.2.2PAM改性水泥砂漿的攪拌工藝對(duì)PAM摻量8%的膠砂,采用GB/T176711999規(guī)定的攪拌方法進(jìn)行攪拌,攪拌1遍后用跳桌測定其流動(dòng)度為135mm.攪拌2遍后用跳桌測定其流動(dòng)度為140ram,偏差不是很

9、大,這是由于在攪拌中,砂粒之間反復(fù)互相沖撞,摩擦增加了對(duì)PAM的剪切作用,由于PALM剪切變稀u的原因按標(biāo)準(zhǔn)攪拌1遍就基本上接近其最大流動(dòng)度,再繼續(xù)延長攪拌時(shí)間,對(duì)流動(dòng)性增大的作用并不大.因此PAM砂漿的攪拌工藝采用先P_AM與水泥干攪15s,再加水?dāng)?5s,然后按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加砂攪30s,再轉(zhuǎn)為高速攪30s,停90s,繼續(xù)高速攪60s的攪拌方式進(jìn)行攪拌.3測定結(jié)果與分析3.1攪拌時(shí)間對(duì)PAM水泥凈漿稠度影響攪拌時(shí)間對(duì)PAM水泥凈漿稠度影響見表3.由試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)過程觀察到的現(xiàn)象可得如下結(jié)論:表3攪拌時(shí)間對(duì)'PAM水泥凈漿性能的影響Tab.3EffectsoftimetoPAMmoaifc

10、nscementslurrypropertyPil2500601803840414443440Pi一731450070158647O.31612.2848注:表中攪拌時(shí)間是指先標(biāo)準(zhǔn)攪4min的時(shí)間與以后高速攪拌時(shí)間的累加值.試驗(yàn)所用PAM系袋口開封后室內(nèi)放置47d之樣品.減水率的負(fù)值表示不減水,而需要加水的數(shù)量.編號(hào)Pj一1為標(biāo)準(zhǔn)攪拌;Pj一2為PAM先溶入水再加入攪拌;其他編號(hào)為PAM先與水泥干攪30s.第4期孫增智,等:聚丙烯酰胺改性水泥砂漿的強(qiáng)度與工藝研究(1)PAM先溶于水和PAM先與水泥干拌30s兩種攪拌方式下,PAM水泥凈漿的稠度差別不相上下.(2)隨著攪拌時(shí)間的增長,試錐下沉深度

11、有增大的趨勢,但8min以后增長作用不大.(3)攪拌剪切速率對(duì)PAM水泥凈漿稠度影響較大,高速攪拌比低速攪拌制成的凈漿流動(dòng)性大的多.(4)隨著PAM摻量的增加,凈漿的流動(dòng)性有先增大而后降低的趨勢.(5)PAM摻量小于13%時(shí),沒有減水作用,要達(dá)到與基準(zhǔn)(PAM摻量為0)凈漿相同稠度,還需要給凈漿加水.(6)PAlM摻量大于13%時(shí),隨著PAM摻量的增加,PAM對(duì)水泥凈漿的減水作用增大.3.2PAM對(duì)水泥凈漿的減水作用及其對(duì)凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)論,再次對(duì)新開封的PAM樣品進(jìn)行PAM水泥凈漿試驗(yàn),并加測凝結(jié)時(shí)間,考察PAM對(duì)水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間的影響.凈漿攪拌時(shí)間采用先按標(biāo)準(zhǔn)攪拌4m

12、in,再高速攪拌4min.攪拌方式采用PAM與水泥干拌30s后加水?dāng)嚢?試驗(yàn)結(jié)果見表4.由表4可以看出:(1)隨著PAM摻量的增加,凈漿的流動(dòng)性有先減少再增加后減少的發(fā)展趨勢.(2)隨著PAM摻量的增加,PAM對(duì)水泥凈漿的減水作用先減弱再增強(qiáng)后減弱.(3)隨著PAM摻量的增加,凈漿初凝時(shí)間首先稍有縮短再緩慢延長后急速縮短的趨勢.終凝時(shí)間有先平穩(wěn)而后急速減少的趨勢.表4PAM對(duì)水泥凈漿性能的影響Tab.4EffectsofPAMtocementslurryproperty注:試驗(yàn)用PAM系當(dāng)日開袋之新樣品.減水率的負(fù)傅表不無減水作用,而需加水的數(shù)量.3.3PAM改性水泥砂漿的力學(xué)性能按照GB/T

13、17671999規(guī)定成型試件,分別按如下3種方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù):A為按國標(biāo)水中養(yǎng)生;B為先水中養(yǎng)生7d(4d)再于同樣溫度條件下空氣中養(yǎng)生21d(3d);C為全部干養(yǎng)生,在7,28d齡期分別測定其力學(xué)強(qiáng)度.測定結(jié)果見表5,表6.表5PAM水泥砂漿力學(xué)性能(7d齡期)Tab.5MechanicalpropertyofPAMmodifyingeeartentmortar(7days)表6PAIM水泥砂漿力學(xué)性能(28d齡期)Tab.6MechanicalpropertyofPArdmodifyingcementmortar(28days)由表5,表6可以得出如下結(jié)論:(1)PAM水泥砂漿的強(qiáng)度是隨齡期的

14、增長而增長的,且PAM摻入后減水與不減水砂漿的強(qiáng)度隨PAM摻量變化發(fā)展的規(guī)律是一致的.(2)從抗折強(qiáng)度考察,養(yǎng)生條件對(duì)PAM水泥砂漿強(qiáng)度的影響規(guī)律為:水中養(yǎng)生強(qiáng)度最高,其次為先水中養(yǎng)生后空氣中干養(yǎng)生,最后為全部空氣中干養(yǎng)生.(3)PAM水泥砂漿的強(qiáng)度是隨著PAM摻量的增加而先增加后減少的,但28d的抗壓強(qiáng)度有點(diǎn)反常,抗壓強(qiáng)度隨PAM摻量增加而增加,可能是試驗(yàn)誤差造成.公路交通科技第23卷(4)PAM砂漿的壓折比是隨著PAM摻量的增加而減少的,說明PAM可以降低水泥砂漿的脆性,增加其柔性.4機(jī)理分析4.1PAM對(duì)水泥凈漿性能影響機(jī)理分析綜合表3和表4的試驗(yàn)結(jié)果,可以看出PAM水泥凈漿在達(dá)到同樣稠

15、度的條件下,存放過久的PAM摻量要比新開封的PAM摻量大的多.這主要是由于室內(nèi)潮濕,未密封保存,PAM吸潮發(fā)生降解,分子量降低,導(dǎo)致使用效果下降的原因.之所以PAM水泥凈漿在高速攪拌方式下流動(dòng)性變好,主要是因?yàn)镻AM水溶液為假塑性流體,在高剪切率情況下剪切變稀的原因所致.表4表明隨PAM摻量的增加,水泥漿的流動(dòng)性首先減弱后增大再減小,這主要由于PAM與水和水泥一起攪拌后,發(fā)生一系列物理化學(xué)作用而造成的.流動(dòng)性的變化,是由于PAM溶解吸水過程和在水泥顆粒周圍形成膠乳潤滑兩種過程此消彼長,相互作用的結(jié)果.可以看出,不管是從施工工藝要求的流動(dòng)性方面,還是從經(jīng)濟(jì)方面考慮,PAM摻量大于10%是不可取的

16、;初凝時(shí)間在PAM摻量小于8%時(shí)稍有延緩,是由于PAM溶解吸水形成膠膜包裹于水泥顆粒表面,切斷了水泥初期水化的水源.PAM摻量大于8%時(shí),隨著濃度(摻量)的增大,PAM自身及其他物質(zhì)分子間形成氫鍵而橋聯(lián),生成絮團(tuán)而絮凝,導(dǎo)致PAM水泥漿體凝結(jié)時(shí)間迅速縮短.顯然,PAM摻量過大不單單是不經(jīng)濟(jì)的問題,它還會(huì)導(dǎo)致水泥凝結(jié)過快,無法滿足正常的使用要求.4.2PAM對(duì)水泥砂漿性能影響機(jī)理分析綜和表5和表6的試驗(yàn)結(jié)果可以看出,PAM的摻入雖然導(dǎo)致水泥砂漿抗壓強(qiáng)度下降,但其抗折強(qiáng)度大幅提高,壓折比大幅降低.說明PAM對(duì)水泥砂漿的降脆增柔作用非常明顯,這與PAM超凡的膠粘性能和絮凝性能是分不開的.PAM分子鏈

17、上的側(cè)基為活潑的酰氨基,它能發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng).當(dāng)PAM摻入水泥砂漿中后,其酰氨基水解而轉(zhuǎn)化為含有羧基的聚合物,叫部分水解的聚丙烯酰胺.其反應(yīng)式如下nH一14CCR一二二二_+一CH2CR一+NH3IICONH2COOH水解PAM會(huì)同溶液中的多種金屬陽離相互作用,如在含多價(jià)離子C和的水泥漿體系中,這些相互作用通常導(dǎo)致生成粘稠的凝膠,從膠狀顆粒到均勻橡膠狀固體,橡膠狀固體密實(shí)填充于水泥砂漿孔隙之中起到一個(gè)柔性填充和柔性加筋的作用,改善了水泥砂漿硬化體的物理組織結(jié)構(gòu),緩解內(nèi)應(yīng)力,減少微裂紋的產(chǎn)生,從而增強(qiáng)了PAM改性水泥砂漿的致密性,在宏觀上就表現(xiàn)為PAM改性水泥砂漿的柔韌性和抗折強(qiáng)度的大幅提高.但

18、是,由試驗(yàn)結(jié)果可以看出,PAM的摻量并不是越高越好,具有一個(gè)最佳摻量8%,當(dāng)摻量超過8%時(shí),反應(yīng)所生成的橡膠狀物質(zhì)體積超過砂漿孔隙體積,破壞了砂漿水化形成的骨架體系,從而使其抗折強(qiáng)度有所下降.5結(jié)語(1)PAM摻量對(duì)水泥凈漿的流動(dòng)性及凝結(jié)時(shí)間均有顯著影響.(2)PAM的加入,使水泥砂漿微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,其摻量對(duì)水泥砂漿的抗折強(qiáng)度和柔韌性均有顯著影響.PAM的摻量不宜過高也不宜過少,具有一個(gè)最佳摻量8%.(3)許多研究認(rèn)為聚合物改性混凝土的養(yǎng)護(hù)要先濕養(yǎng)護(hù)后干養(yǎng)護(hù),但本次試驗(yàn)結(jié)果卻表明,PAM改性水泥砂漿水養(yǎng)的強(qiáng)度最高,故聚合物改性混凝土(砂漿)的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)還需要進(jìn)一步探討.參考文獻(xiàn):1嚴(yán)瑞照.水溶性高分子M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2O03.2G