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(qiáng)度、凝結(jié)時間、抗磨性和抗?jié)B性等方面進(jìn)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(jī)理進(jìn)行分析。
近年來，隨著建設(shè)工程項(xiàng)目的開展，項(xiàng)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(guān)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(diǎn)，具有較重要的現(xiàn)實(shí)意義。
普通混凝土具有抗拉強(qiáng)度低、凝結(jié)時間短、耐久性差等問題，為克服這些缺點(diǎn)，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(chǔ)性能造成不良影響的添加劑，此時有機(jī)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(tuán)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(yīng)用于石油化工等行業(yè)。當(dāng)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(qiáng)烈相斥作用使線團(tuán)狀大分子變成曲線狀，增加了溶液黏度。增稠劑的顆粒效應(yīng)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(xì)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(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，并分析混凝土的抗壓抗折強(qiáng)度、凝結(jié)時間、彎曲韌性和抗磨性的與PAM摻量的關(guān)系。
1、原材料配比及試驗(yàn)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(xì)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(qiáng)度等級C30坍落度130-150mm和砂率29%設(shè)計(jì)普通混凝土作為基準(zhǔn)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(zhǔn)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(shè)計(jì)
| 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(jī)攪拌，轉(zhuǎn)速48r/min，攪拌時間5min后成型。
1.4 試驗(yàn)方法
抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)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(yàn)規(guī)程》（JTG-E30-2005）規(guī)定的方法測定。
2、試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度
表2 PAM改性混凝土抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果
| 序號 | P/C[TW-JS摻量（%）] | 7d抗壓強(qiáng)度/MPa | 7d抗折強(qiáng)度/MPa | 28d抗壓強(qiáng)度/MPa | 28d抗折強(qiáng)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(qiáng)度與抗壓強(qiáng)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(dá)18%。這是因?yàn)門W-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(tuán)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(qiáng)度均比普通混凝土強(qiáng)度明顯提高，7d抗壓強(qiáng)度提高9.5%，28d抗壓強(qiáng)度提高6.9%，28d抗折強(qiáng)度提高18%。這是因?yàn)門W-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(qiáng)度伴隨著上升。
③ 除摻入高性能減水劑外，其余幾組試驗(yàn)隨PAM摻量的增加其坍落度也伴隨著變小，且伴有擴(kuò)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(dá)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(kuò)展。
④ 隨著PAM摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(dāng)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(fù)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dāng)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(fù)摻時，混凝土不管初凝時間還是終凝時間都達(dá)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(jìn)行抗磨性與抗?jié)B性試驗(yàn)測定，具體數(shù)據(jù)見表4。
表4 PAM抗磨性與抗?jié)B性試驗(yàn)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(yàn)表明：
① 隨著PAM的摻入，使得混凝土結(jié)構(gòu)更為嚴(yán)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(dāng)摻量為2%時候，其單位面積磨損量達(dá)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(jìn)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(jī)理分析
通過對PAM改性混凝土性能的試驗(yàn)研究表明，PAM的摻入會使混凝土強(qiáng)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(shí)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(dāng)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(dǎo)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(guān)性能。
4、結(jié)語
（1）PAM的加入，能使混凝土抗壓強(qiáng)度有所下降，但抗折強(qiáng)度隨著PAM的加入呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。
（2）PAM能適當(dāng)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(dá)到較佳的耐磨效果。
