减水剂对可控性低强度材料流动性的影响研究

田甜

（同济大学土木工程学院 上海 200092）

根据美国混凝土协会[1]的规定，可控性低强度材料（CLSM）指一种自流平、自密实，无需振捣便可填充密实，28d无侧限抗压强度小于8.3MPa的新型回填材料。CLSM的可控性是指其具有高流动性，为满足各类工况的回填需求，CLSM的流动度应在200～300mm之间，但高流动度也会引起流填料的离析泌水，对CLSM硬化后的力学性能及耐久性造成不利影响。

为改善CLSM性能，实际工程中会使用外加剂。外加剂是流动材料搅拌过程中所添加的一种外加剂物质，如减水剂、增稠剂[2，3]、加气剂[4，5]、保坍剂[2]等。减水剂可增加流动材料的分散性，改善其流动性。当CLSM的流动性不足时，加入减水剂可增加其流动性，常见的减水剂有萘系减水剂、聚羧酸系减水剂。萘系减水剂可降低材料的沉降速率，改善流动性，提高输送能力[6]。聚羧酸减水剂作为一种新型减水剂，有更好的减少用水量和增加流动性的效果。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

CLSM的常规组成包括骨料、胶凝材料、拌合水，同时可添加外加剂以改善其性能。本研究使用的骨料为再生骨料和开挖土，胶凝材料是水泥和粉煤灰的混合物，拌合水为自来水，并添加萘系高效减水剂、聚羧酸高性能减水剂调整CLSM的性质。

本研究用海螺牌P.O.42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为Ⅲ级粉煤灰，再生骨料为粒径小于4.75mm的再生混凝土细骨料。开挖土取自上海某工地第二层土，为褐黄、灰黄色粉质黏土，经过破碎、烘干、过筛选取粒径小于4.75mm的颗粒用于制备。

1.2 试验方法

CLSM流动性的测定仪器是一种特定尺寸的双开口圆柱测试筒，根据ASTM规定，测试桶高为150mm，内径为75mm[7]。测量时首先将拌和好的流动材料倒入测试桶中，无需振捣压实，刮平后将模具向上轻轻提起，待其扩展度稳定不变后测量最大坍落扩展直径及与之垂直的直径，并计算二者的平均值作为测试结果，见表1。

2 试验过程及结果

2.1 配合比

本研究使用减水剂来减少拌合水用量并增加流动性，考虑到CLSM中胶凝材料较少，减水剂用量选取掺量范围中的最大值，设定配合比见表1，其中水固比为拌合水与固体拌合物的质量比，减水剂掺量是胶凝材料的质量百分比，灰胶比为水泥与胶凝材料的质量比，再生骨料占比是再生骨料质量与开挖土和再生骨料质量和的比值。

2.2 试验结果分析

本研究探究减水剂种类及掺量对CLSM流动度的影响，以及水泥掺量、再生骨料掺量对减水剂作用效果的影响。分析实验组1、2、3、4发现掺入2%萘系减水剂可显著提高浆体流动性，与无减水剂的对照组相比，流动度增加量在30mm左右，但0.3%聚羧酸减水剂的效果不明显，因此将聚羧酸减水剂的掺量由0.3%提升至2%，分析试验结果发现，与同等掺量的萘系减水剂相比，聚羧酸减水剂提高浆体流动性的能力更强，流动度增加量在65mm左右。

表1 试验配合比

改变水泥掺量即灰胶比，探究灰胶比对减水剂作用效果影响见试验组1、2、5、6，灰胶比为0.5时萘系减水剂对流动性的调节可控，与不使用减水剂的对照组相比，流动度增加量在30mm左右，每组的流动度增加值较一致；当灰胶比为0.2时，减水剂对流动度的调节不可控，特别是当水固比为0.33时，流动度大于300mm，不满足一般回填环境对CLSM流动度的要求。这是因为减水剂是与水泥结合发挥作用的，水泥掺量过少会影响减水剂的作用效果。改变再生骨料掺量，探究再生骨料掺量对减水剂作用效果影响的试验结果见试验组5、6、7、8，再生骨料占比为0.6时，骨料中开挖土较多，对拌合水的需求量大，水固比大于0.33时流动度才满足要求，而添加2%的萘系减水剂可以显著减少拌合水的用量，水固比为0.30就可满足流动度要求。再生骨料占比为0.8时，萘系减水剂对流动性的调节可控，与不使用减水剂的对照组相比，流动度增加量在30mm左右，每组的流动度增加值较一致。

3 结论

在制备CLSM时使用减水剂可有效降低拌合水用量提高流动度，分析试验结果得出以下结论：

（1）CLSM中胶凝材料占比小于一般的水泥基材料，选取减水剂用量时应取建议范围的最大值。

（2）相较于萘系减水剂，聚羧酸减水剂增加材料流动性的效果更好。

（3）减水剂是吸附在水泥表面影响水泥水化而发挥作用的，评价减水剂的作用效果时，应同时考虑水泥、再生骨料掺量对性能发挥的影响。