摘要

通過研究不同增稠劑對砂漿流變參數及氣泡參數的影響，并結合砂漿孔溶液性質的變化，揭示增稠劑對砂漿中氣泡分布的影響機理。結果表明，增稠劑顯著降低砂漿的流動度，并提高屈服應力和塑性黏度；砂漿的含氣量同時受到砂漿塑性黏度和孔溶液表面張力的影響，其中砂漿塑性黏度與增稠劑溶液的黏度呈正相關性；當砂漿塑性黏度調整至接近數值時，具有較大表面張力的增稠劑使砂漿表現出更高的含氣量；同一種增稠劑的摻量越大時，砂漿的塑性黏度越高，含氣量也有所降低，而孔溶液表面張力較低的增稠劑使砂漿含氣量變化幅度較小；氣泡的聚并程度與砂漿塑性黏度整體呈線性負相關，采用增稠劑有利于阻礙氣泡的聚并。

引言

清水混凝土技術自20世紀20年代面世以來，由于其不需要裝飾和設計，節省了建筑涂料和裝飾板等化工原料，且采用一次成型工藝，是一種兼具美觀與環保的新型混凝土，已逐漸廣泛應用于各種建筑與市政工程中。然而，作為高飾面要求的一類特種混凝土，對硬化混凝土的外觀質量提出較高的技術要求。混凝土外觀質量問題包括氣孔、色差及局部空洞，其中氣孔問題由于新拌混凝土自身氣泡存在的必然性，是對清水混凝土外觀影響最大且挑戰性較大的癥結。

造成混凝土內部產生氣泡的原因較為復雜，除了受原材料性能及組成的影響之外，還與外加劑、施工工藝等因素息息相關。研究發現混凝土的含氣量取決于水泥基材料的流變性質。為提高混凝土中氣泡的穩定性，通常采用提高混凝土黏度的方法，阻礙氣泡的排出，在現有的技術中，可以通過調整混凝土原材料的配合比、外加劑種類和摻量以及加入增稠劑的方式改變混凝土的黏度。

其中，增稠劑通過吸水、分子纏繞和橋接等作用，提高膠凝體系的凝聚，在較小的摻量下顯著增加水泥基材料的黏度，從而影響氣泡結構分布。增稠劑的種類繁多，根據其物理作用效果可分為五類：（1）水溶性聚合物，如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、纖維素醚類，分子結構中存在親水基團和長側鏈，在溶脹作用下表觀體積不斷增大，由此提高拌合水的黏度達到增稠效果；（2）有機水溶性絮凝材料，如天然橡膠和合成聚電解質，借助其與水泥顆粒發生的吸附作用促進顆粒間的橋接，由此提高黏度；（3）有機材料乳液，如丙烯酸乳液，通過有機超細顆粒吸附膠凝材料增大漿體得黏度；（4）水溶脹性無機材料，如硅灰，主要通過提高漿體的保水能力實現增稠；（5）超細無機材料，如熟石灰、高嶺土和硅藻土等，依靠微細顆粒含量的增加提高體系黏度和觸變性。

大部分研究集中關注增稠劑對漿體黏度的改變對工作性能、力學性能和凍融性能的影響，而關于氣泡結構主要聚焦硬化階段。然而，氣泡結構在漿體早期還處于流動狀態已經發生遷移，與水溶液中氣泡穩定性的情況類似，氣泡在水泥基材料中也會發生破滅和聚并，這主要是由于液膜排水引起，除了受體系的黏度影響之外，還與氣液界面物理、化學性質有關，如表面張力和黏度的變化。由于分子結構的差異性，不同種類的增稠劑對氣泡液膜的物理和化學性質作用將有所不同。此外，由于水泥礦相溶解后，會形成復雜的離子環境，影響增稠劑溶液的物理和化學性質。目前關于水泥基材料中增稠劑的增黏效果和氣泡結構調控作用已得到證實，但是缺乏從溶液環境角度揭示新拌階段氣泡穩定性的影響機理。

基于以上的分析，本工作選用多種水溶性增稠劑改變砂漿的流變參數，探討其氣泡結構及穩定性的影響，建立流變參數與氣泡參數的相關性，并從孔溶液表面張力和黏度的角度揭示增稠劑對流變參數和氣泡結構的影響機制。

1原材料與試驗方法

1.1原材料與配合比

試驗采用海螺水泥股份有限公司生產的P.O42.5水泥，其化學組成與物理性能見表1.

表1水泥的化學組成與物理性能

試驗采用標準砂，拌合水為自來水，減水劑采用聚羧酸高性能減水劑，固含量為50%.

本工作采用多種增稠劑對砂漿的黏度進行調整，分別為天然植物多糖類增稠劑（定優膠和黃原膠）和合成纖維素醚類增稠劑（羥丙基甲基纖維素醚）兩大類，各自的分子量列于表2中。

表2增稠劑的分子量

1.2試驗方法

1.2.1溶液的準備

不同濃度的增稠劑溶液：采用增稠劑和去離子水配制不同濃度的溶液，其中DYJ和HYJ分子量較高，溶解性較差，需將去離子水適當加熱至50℃，然后緩慢將稱好的增稠劑加入水中，并不停用玻璃攪拌棒進行攪拌，直至完全溶解。

砂漿孔溶液：對攪拌后的砂漿進行抽濾，獲得一級濾液后再于離心機上以10000r/min的轉速離心2min,收集二級離心液，即為砂漿孔溶液。

1.2.2溶液表面張力

采用芬蘭Kibron Delta-8全自動高通量表面張力儀測試不同溶液的表面張力，將不少于30mL的液體倒入測量燒杯中并移動到液面距測量環2mm處，然后進行測試，取7min內的多組數據平均值。

1.2.3溶液黏度

采用Anton Par公司的MCR 302流變儀CC39轉子對溶液黏度進行測試，剪切速率為10s?1,連續測試120s,取平均值為最終的測試值。

1.2.4砂漿的制備

根據GB/T17671的相關規定拌合砂漿，砂漿水灰比為0.40,灰砂比為1∶1.5,減水劑用量為水泥質量的0.076%,每組砂漿攪拌時各原材料的用量如表3所示。增稠劑按照設計摻量提前溶解于拌合水中，然后直接以拌合水的形式加入。

表3砂漿的配合比/g

1.2.5砂漿流變性能

砂漿的流變測試使用Brookfield R/S SST2000流變儀，將測試流動度之后的砂漿立即置于流變儀中，選定設置好的剪切制度后開始測試，剪切制度設置如圖1所示。具體過程描述如下：靜置30s后，在剪切速率25s?1下勻速預剪切60s;然后剪切速率在10s內勻速下降至0s?1;靜置60s后，剪切速率以斜坡式在60s內逐漸從0s?1提高至25s?1,然后再以斜坡式在60s從25s?1下降到0,采集60個數據點。采用剪切速率從25s?1下降到0s?1的過程中的屈服應力和表觀黏度作為分析砂漿流變性能的數據。

1.2.6新拌砂漿氣泡結構

采用丹麥GERMANN INSTRUMENTS公司的AVA?3000新拌混凝土氣孔結構分析儀對新拌砂漿的氣泡結構進行測試。具體取樣步驟如下：砂漿攪拌完成后，將針筒取樣器插入砂漿表層約1cm,抽取3份體積為20mL的砂漿，分別靜置至5min、30min、60min后，將砂漿注入儀器內部的粘性緩沖液中，依靠磁力攪拌轉子將砂漿中的氣泡釋放出來，在頂端的浮盤收集氣泡，儀器記錄其不同氣泡尺寸的數量。氣泡結構的測試是基于Stokes原理，氣泡在液體中的上浮速度取決于氣泡的大小，大氣泡由于內部空氣較多，其上浮的速度快于小氣泡。