摘要：聚丙烯酰胺（PAM）是混凝土常用的外加劑之一。主要從混凝土的抗壓抗折強度、凝結(jié)時間、抗磨性和抗?jié)B性等方面進行研究探討聚丙烯酰胺對混凝土性能的影響，結(jié)果表明：不同摻量下PAM對混凝土各方面性能存在一定的影響，并簡單對其機理進行分析。

近年來，隨著建設工程項目的開展，項目工程中商品混凝土出現(xiàn)的泌水、離析以及開裂等問題層出不窮，粘結(jié)性不好、彎曲韌性差是橋面鋪裝水泥混凝土產(chǎn)生病害的主要原因，混凝土質(zhì)量引起相關質(zhì)檢部門的高度重視。因此，配置高性能混凝土已然成為一個熱點，具有較重要的現(xiàn)實意義。

普通混凝土具有抗拉強度低、凝結(jié)時間短、耐久性差等問題，為克服這些缺點，人們一直在尋求一些能夠明顯改善混凝土性能，且不會對原來基礎性能造成不良影響的添加劑，此時有機高分子聚合物成為入們研究的一個新方向。

PAM作為一種無毒水溶性高分子聚合物，其分子鏈具有的架橋作用，以及陰離子基團的電荷作用，決定了PAM具水溶性，有絮凝、減阻、分散等功效，可以明顯降低混凝土材料微觀層面的摩擦阻力，使其廣泛應用于石油化工等行業(yè)。當PAM在水中溶解時，在水中離解成多電荷大分子量的離子，同性電荷強烈相斥作用使線團狀大分子變成曲線狀，增加了溶液黏度。增稠劑的顆粒效應和表面活性作用可以改善混凝土的黏聚性和保水性，在大流動性混凝土中能避免粗細骨料的分離，使各個組分均勻分布于混凝土中。

為了研究PAM對混凝土性能的改性效果，本文采用聚丙烯酰胺和TW-JS高性能減水劑分別配置不同摻量下PAM改性混凝土和高性能混凝土進行相關試驗，并分析混凝土的抗壓抗折強度、凝結(jié)時間、彎曲韌性和抗磨性的與PAM摻量的關系。

1、原材料配比及試驗方法

1.1 原材料

水泥：采用福建煉石水泥有限公司生產(chǎn)的P·0425水泥，其性能符合規(guī)范要求。

砂；采用水洗砂，細度模數(shù)1.8，含泥量小于1.0%。

碎石：采用人工軋制碎石，其中粒徑0.5-1cm的碎石占20%，粒徑1-4cm碎石占80%，級配良好。

聚丙烯酰胺：采用鞏義市波濤凈水材料有限公司生產(chǎn)的PAM，其分子量為10⁷，為白色粉末。

減水劑：采用福建建工建材科技開發(fā)有限公司的TW-JS高性能減水劑。

1.2 配合比方案

按照強度等級C30坍落度130-150mm和砂率29%設計普通混凝土作為基準混凝土，TW-JS高性能減水劑的摻量為水泥用量2%，PAM摻量為水泥用量的2%、4%、6%、8%等4種摻量加入基準混凝土中，測定結(jié)果如表1。本文表格里P/C（%）為聚灰比。

表1 PAM改性混凝土的配合比設計

序號	P/C%[TW-JS摻量（%）】	水灰比W/C	減水率%	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 混凝土的攪拌工藝

采用混凝土攪拌機攪拌，轉(zhuǎn)速48r/min，攪拌時間5min后成型。

1.4 試驗方法

抗壓強度、抗折強度、凝結(jié)時間等性能按照《混凝土外加劑》（GB8076-2008）方法測定，抗磨性與抗?jié)B性按照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG-E30-2005）規(guī)定的方法測定。

2、試驗結(jié)果與分析

2.1 抗折強度與抗壓強度

表2 PAM改性混凝土抗折強度與抗壓強度試驗結(jié)果

序號	P/C[TW-JS摻量（%）]	7d抗壓強度/MPa	7d抗折強度/MPa	28d抗壓強度/MPa	28d抗折強度/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

抗折強度與抗壓強度測定結(jié)果見表2，結(jié)果表明：

① 摻入TW-JS高性能減水劑后，混凝土和易性明顯改善許多，減水率達18%。這是因為TW-JS減水劑摻入混凝土中，其吸附分散作用破壞了水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)，部分水泥基團包裹的水被釋放并參與流動。

② 摻TW-JS高性能減水劑的混凝土強度均比普通混凝土強度明顯提高，7d抗壓強度提高9.5%，28d抗壓強度提高6.9%，28d抗折強度提高18%。這是因為TW-JS高性能減水劑的摻入，使得水泥顆粒包裹的水部分被釋放，也就讓混凝土水灰比降低，水泥內(nèi)部孔隙率減少，結(jié)構(gòu)更加緊密，因此強度伴隨著上升。

③ 除摻入高性能減水劑外，其余幾組試驗隨PAM摻量的增加其坍落度也伴隨著變小，且伴有擴展度減小的現(xiàn)象。這是由于PAM的膠黏作用增加混凝土的粘聚性，從而增加混凝土的稠度，而摻入TW-JS高性能減水劑后坍落度達較大值，則是由于減水劑的離子表面活性作用，且引入一定量的微小氣泡有助于混凝土漿體的擴展。

④ 隨著PAM摻量的增加，混凝土抗壓強度逐漸下降，可能是由于PAM會引入一定量的氣體，增加混凝土內(nèi)部的孔隙率；而抗折強度逐漸上升，則體現(xiàn)出PAM的粘結(jié)效果明顯，說明PAM可適當降低混凝土的脆性。

2.2 凝結(jié)時間的測定

混凝土中單摻PAM和PAM與TW-JS復摻時混凝土的初凝時間與終凝時間如表3所示。

表3 PAM對混凝土凝結(jié)時間的試驗結(jié)果

序號	P/C/%+[TW-JS摻量（%）]	初凝時間	終凝時間
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

由實驗結(jié)果可知，單摻PAM，混凝土的初凝時間與終凝時間都會被延遲。當PAM摻量為4%時，隨著PAM的繼續(xù)加入，混凝土凝結(jié)時間延長不明顯，而終凝時間略有所上升。而PAM與TW-JS高性能減水劑復摻時，混凝土不管初凝時間還是終凝時間都達到較大，說明該減水劑中有能夠起到緩凝作用的成分存在。由上可見，PAM對混凝土具有緩凝作用，在摻量為4%的時候，初凝時間能夠延長23min，終凝時間能夠延長43min。

2.3 抗磨性與抗?jié)B性

對混凝土進行抗磨性與抗?jié)B性試驗測定，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 PAM抗磨性與抗?jié)B性試驗結(jié)果

序號	P/C/%[TW-JS摻量（%）】	磨損量/（kg/m2）	滲水高度/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

試驗表明：

① 隨著PAM的摻入，使得混凝土結(jié)構(gòu)更為嚴密，其抗?jié)B性能更近優(yōu)越，這是由于PAM溶于水后產(chǎn)生的鏈條式化合物填充于混凝土內(nèi)部空隙，提高了混凝土的致密性，從而使?jié)B水通道被堵塞，提高了混凝土的抗?jié)B性能，其中當摻量為2%時候，其單位面積磨損量達到較小，比普通混凝土降低11.3%，由此可見，從抗磨性結(jié)果考慮PAM較佳摻量為2%。

② 單摻TW-JS高性能減水劑的混凝土抗磨性和防水性能均比普通混凝土有所提高，進一步證明TW-JS高性能減水劑的加入使得混凝土結(jié)構(gòu)更為緊密，從而使其抗磨性與抗?jié)B性能加以提升。

3、機理分析

通過對PAM改性混凝土性能的試驗研究表明，PAM的摻入會使混凝土強度略有下降，但其他性能得到較好改善，尤其抗磨性抗?jié)B性在實際工程使用中得到較好反饋效果。這是由于PAM的絮凝與膠粘作用，由于PAM分子鏈節(jié)的自旋轉(zhuǎn)性，決定了其具有彈性與塑性，當其溶解于水中，分子側(cè)鏈上水解為羧基聚合物，這種聚合物和丙烯酰胺-丙烯酸納共聚物結(jié)構(gòu)很相似。水解的PAM會同多種金屬陽離子如Ca²⁺等相互作用生成包含-COO-Ca-OOC-和HO-Ca-OOC-等離子鍵的化合物，導致了PAM分子間的交聯(lián)，這些高分子交聯(lián)物無定型且具有親水性，因此，可將PAM對混凝土的作用歸納為2個方面，即表面活性作用和網(wǎng)狀交聯(lián)作用。因此，PAM的加入能夠提高混凝土的抗磨性等相關性能。

4、結(jié)語

（1）PAM的加入，能使混凝土抗壓強度有所下降，但抗折強度隨著PAM的加入呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。

（2）PAM能適當延長混凝土的凝結(jié)時間，說明其具有一定的緩凝效果。

（3）PAM能夠有效提高混凝土的抗磨性與抗?jié)B性，其在摻量2%時能達到較佳的耐磨效果。