摘要

通过研究不同增稠剂对砂浆流变参数及气泡参数的影响，并结合砂浆孔溶液性质的变化，揭示增稠剂对砂浆中气泡分布的影响机理。结果表明，增稠剂显著降低砂浆的流动度，并提高屈服应力和塑性黏度；砂浆的含气量同时受到砂浆塑性黏度和孔溶液表面张力的影响，其中砂浆塑性黏度与增稠剂溶液的黏度呈正相关性；当砂浆塑性黏度调整至接近数值时，具有较大表面张力的增稠剂使砂浆表现出更高的含气量；同一种增稠剂的掺量越大时，砂浆的塑性黏度越高，含气量也有所降低，而孔溶液表面张力较低的增稠剂使砂浆含气量变化幅度较小；气泡的聚并程度与砂浆塑性黏度整体呈线性负相关，采用增稠剂有利于阻碍气泡的聚并。

引言

清水混凝土技术自20世纪20年代面世以来，由于其不需要装饰和设计，节省了建筑涂料和装饰板等化工原料，且采用一次成型工艺，是一种兼具美观与环保的新型混凝土，已逐渐广泛应用于各种建筑与市政工程中。然而，作为高饰面要求的一类特种混凝土，对硬化混凝土的外观质量提出较高的技术要求。混凝土外观质量问题包括气孔、色差及局部空洞，其中气孔问题由于新拌混凝土自身气泡存在的必然性，是对清水混凝土外观影响最大且挑战性较大的症结。

造成混凝土内部产生气泡的原因较为复杂，除了受原材料性能及组成的影响之外，还与外加剂、施工工艺等因素息息相关。研究发现混凝土的含气量取决于水泥基材料的流变性质。为提高混凝土中气泡的稳定性，通常采用提高混凝土黏度的方法，阻碍气泡的排出，在现有的技术中，可以通过调整混凝土原材料的配合比、外加剂种类和掺量以及加入增稠剂的方式改变混凝土的黏度。

其中，增稠剂通过吸水、分子缠绕和桥接等作用，提高胶凝体系的凝聚，在较小的掺量下显著增加水泥基材料的黏度，从而影响气泡结构分布。增稠剂的种类繁多，根据其物理作用效果可分为五类：（1）水溶性聚合物，如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、纤维素醚类，分子结构中存在亲水基团和长侧链，在溶胀作用下表观体积不断增大，由此提高拌合水的黏度达到增稠效果；（2）有机水溶性絮凝材料，如天然橡胶和合成聚电解质，借助其与水泥颗粒发生的吸附作用促进颗粒间的桥接，由此提高黏度；（3）有机材料乳液，如丙烯酸乳液，通过有机超细颗粒吸附胶凝材料增大浆体得黏度；（4）水溶胀性无机材料，如硅灰，主要通过提高浆体的保水能力实现增稠；（5）超细无机材料，如熟石灰、高岭土和硅藻土等，依靠微细颗粒含量的增加提高体系黏度和触变性。

大部分研究集中关注增稠剂对浆体黏度的改变对工作性能、力学性能和冻融性能的影响，而关于气泡结构主要聚焦硬化阶段。然而，气泡结构在浆体早期还处于流动状态已经发生迁移，与水溶液中气泡稳定性的情况类似，气泡在水泥基材料中也会发生破灭和聚并，这主要是由于液膜排水引起，除了受体系的黏度影响之外，还与气液界面物理、化学性质有关，如表面张力和黏度的变化。由于分子结构的差异性，不同种类的增稠剂对气泡液膜的物理和化学性质作用将有所不同。此外，由于水泥矿相溶解后，会形成复杂的离子环境，影响增稠剂溶液的物理和化学性质。目前关于水泥基材料中增稠剂的增黏效果和气泡结构调控作用已得到证实，但是缺乏从溶液环境角度揭示新拌阶段气泡稳定性的影响机理。

基于以上的分析，本工作选用多种水溶性增稠剂改变砂浆的流变参数，探讨其气泡结构及稳定性的影响，建立流变参数与气泡参数的相关性，并从孔溶液表面张力和黏度的角度揭示增稠剂对流变参数和气泡结构的影响机制。

1原材料与试验方法

1.1原材料与配合比

试验采用海螺水泥股份有限公司生产的P.O42.5水泥，其化学组成与物理性能见表1.

表1水泥的化学组成与物理性能

试验采用标准砂，拌合水为自来水，减水剂采用聚羧酸高性能减水剂，固含量为50%.

本工作采用多种增稠剂对砂浆的黏度进行调整，分别为天然植物多糖类增稠剂（定优胶和黄原胶）和合成纤维素醚类增稠剂（羟丙基甲基纤维素醚）两大类，各自的分子量列于表2中。

表2增稠剂的分子量

1.2试验方法

1.2.1溶液的准备

不同浓度的增稠剂溶液：采用增稠剂和去离子水配制不同浓度的溶液，其中DYJ和HYJ分子量较高，溶解性较差，需将去离子水适当加热至50℃，然后缓慢将称好的增稠剂加入水中，并不停用玻璃搅拌棒进行搅拌，直至完全溶解。

砂浆孔溶液：对搅拌后的砂浆进行抽滤，获得一级滤液后再于离心机上以10000r/min的转速离心2min,收集二级离心液，即为砂浆孔溶液。

1.2.2溶液表面张力

采用芬兰Kibron Delta-8全自动高通量草莓污污污视频测试不同溶液的表面张力，将不少于30mL的液体倒入测量烧杯中并移动到液面距测量环2mm处，然后进行测试，取7min内的多组数据平均值。

1.2.3溶液黏度

采用Anton Par公司的MCR 302流变仪CC39转子对溶液黏度进行测试，剪切速率为10s⁻¹,连续测试120s,取平均值为最终的测试值。

1.2.4砂浆的制备

根据GB/T17671的相关规定拌合砂浆，砂浆水灰比为0.40,灰砂比为1∶1.5,减水剂用量为水泥质量的0.076%,每组砂浆搅拌时各原材料的用量如表3所示。增稠剂按照设计掺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砂浆的配合比/g

1.2.5砂浆流变性能

砂浆的流变测试使用Brookfield R/S SST2000流变仪，将测试流动度之后的砂浆立即置于流变仪中，选定设置好的剪切制度后开始测试，剪切制度设置如图1所示。具体过程描述如下：静置30s后，在剪切速率25s⁻¹下匀速预剪切60s;然后剪切速率在10s内匀速下降至0s⁻¹;静置60s后，剪切速率以斜坡式在60s内逐渐从0s⁻¹提高至25s⁻¹,然后再以斜坡式在60s从25s⁻¹下降到0,采集60个数据点。采用剪切速率从25s⁻¹下降到0s⁻¹的过程中的屈服应力和表观黏度作为分析砂浆流变性能的数据。

1.2.6新拌砂浆气泡结构

采用丹麦GERMANN INSTRUMENTS公司的AVA⁃3000新拌混凝土气孔结构分析仪对新拌砂浆的气泡结构进行测试。具体取样步骤如下：砂浆搅拌完成后，将针筒取样器插入砂浆表层约1cm,抽取3份体积为20mL的砂浆，分别静置至5min、30min、60min后，将砂浆注入仪器内部的粘性缓冲液中，依靠磁力搅拌转子将砂浆中的气泡释放出来，在顶端的浮盘收集气泡，仪器记录其不同气泡尺寸的数量。气泡结构的测试是基于Stokes原理，气泡在液体中的上浮速度取决于气泡的大小，大气泡由于内部空气较多，其上浮的速度快于小气泡。