混凝土、砂浆降低粘度机理

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一、引言

随着土木工程规模不断扩大，科技水平不断提高，一些高层大跨、有特殊功能要求的重要建筑的不断出现，如摩天大楼、超大跨桥梁及巨型水利枢纽工程的建设等，要求混凝土必须具有更高的强度、更好的耐久性、更优的稳定性，这些需求促成了混凝土从普通到高性能乃至超高性能方向逐步发展。混凝土强度的提高主要通过降低水胶比来实现，这也导致了混凝土粘度较大，引发混凝土搅拌、运输、泵送等一系列的施工问题，很大程度上限制了高强与超高强混凝土的推广与应用。

如何降低混凝土粘度成为高强与超高强混凝土发展的关键问题。从高强与超高强混凝土的组成以及制备方法来看，目前可采用的降粘方法主要是从有机外加剂和掺合料两方面开展。添加的有机外加剂主要是引气剂，引气剂的掺入使混凝土拌合物内形成大量微小的封闭球状气泡，这些微气泡如同滚珠一样，减少骨料颗粒间的摩擦阻力，从而降低粘度，但是引气剂降粘作用有限，引入的气泡对高强混凝土的强度产生不利影响，关于减水剂对混凝土粘度作用机理尚不清晰，有机降粘剂的研发仍无突破性进展，目前还未出现混凝土有机降粘剂的相关专利；而掺合料方面同样没有出现关于混凝土降粘剂的专利或是文章，目前主要是通过掺入大量粉煤灰改善混凝土工作性能，众所周知掺入粉煤灰可以降低混凝土粘度，但是对于高层、高强或超高强混凝土其降粘效果十分有限。

二、机理概述

混凝土粘度与混凝土中颗粒之间的水膜层厚度有密切的关系，颗粒表面水膜层厚度越大，混凝土粘度越低；高强或超高强混凝土有着较低的水胶比，这就导致了颗粒表面水膜层厚度小，颗粒间相互作用力大，混凝土粘度高，同时混凝土粘度也与其堆积密度和颗粒的总比表面积有关。

依据混凝土的堆积原理和“滚珠润滑”效应原理，我寻找了一种全球状超细粉煤灰-同成微珠，它的中位粒径D50<2微米，是一级粉煤灰的五分之一、形状为完美的球状，没有海绵状物质。

同成微珠主要通过以下两方面作用降低混凝土粘度：

1、同成微珠颗粒全为正球状，这就为混凝土带来极好的“滚珠润滑”效应，同时微珠的颗粒极细，与减水剂吸附产生叠加效果，吸附在水泥等颗粒表面，减小颗粒之间的相互作用力，释放自由水，增大水膜层厚度；

2、同成微珠颗粒的粒径分布均匀，主要粒径在0.1μm—5μm之间，平均粒径只有2μm，这种连续的微米级材料，能够很好的填充在混凝土颗粒之间，增加堆积密度，释放自由水，进一步降低粘度，增大混凝土密实度；

经过试验对比发现添加同成微珠的混凝土、水泥浆有如下改善：

（1）剪切应力显著降低，掺量8%—15%时，混凝土塑性粘度降低30%—60%，相同塌落度或扩展度条件下，添加微珠的混凝土塑性粘度和倒筒时间明显降低。

（2）降低混凝土或砂浆的用水量，减水率达15%，并且与化学减水剂有完美的叠加作用。

（3）泵送得到润滑改善作用，显著降低混凝土泵的泵送压力。

（4）提高混凝土密实度、改善混凝土中水泥浆与粗骨料之间的界面，减少有害毛细孔，提高混凝土强度。微珠掺量在5%—15%时其活性为：28天活性系数达105%-110%，56天可达到115%-120%。