摻不同類(lèi)型減水劑粉煤灰混凝土的配合比設(shè)計(jì)

張旭賢 牛新平 王 成 楊啟成

(塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

隨著各種高強(qiáng)度和新型高性能混凝士的不斷發(fā)展，在混凝土中摻入一定量的粉煤灰和外加劑變得越來(lái)越普遍。混凝土化學(xué)外加劑已成為混凝土必不可少的第五組分，對(duì)改善新拌混凝土和硬化混凝土性能具有重要作用［1］。目前，提高混凝土強(qiáng)度的方法主要采取使用高強(qiáng)度等級(jí)硅酸鹽或者普通硅酸鹽水泥、摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰、使用高效減水劑和引氣劑等，以盡量減小水灰比和用水量［2］。減水劑是應(yīng)用最為廣泛的混凝土外加劑，用量大約占所有混凝土外加劑用量的70%～80%［3］。采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣配置高性能混凝土，有利于新拌混凝土的和易性，容易控制混凝土的坍落度損失，改善硬化混凝土的體積穩(wěn)定性［4］。在摻加不同高效減水劑的混凝土中，復(fù)合兩種緩凝劑，能夠降低復(fù)合外加劑成本，提高混凝土強(qiáng)度［5，6］。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，隨著環(huán)保綠化重要性的增加，將混凝土對(duì)環(huán)境造成的負(fù)荷控制在最小的限度內(nèi)，混凝土材料的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用必須考慮到環(huán)境因素。研究和開(kāi)發(fā)綠色高性能混凝土，是解決上述問(wèn)題的有效措施之一，關(guān)系到人類(lèi)生存和可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要問(wèn)題［7］。

為了達(dá)到節(jié)約水泥、保證工程質(zhì)量和如何在干旱區(qū)正確使用粉煤灰和減水劑的目的，本文對(duì)早強(qiáng)減水劑、高效減水劑與粉煤灰摻量對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的和易性和抗壓強(qiáng)度的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析粉煤灰和減水劑摻量與混凝土的性能的關(guān)系，尋求不同減水劑和粉煤灰復(fù)合使用與水泥的適應(yīng)性問(wèn)題，最終找出粉煤灰和減水劑的最佳摻量。

1 試驗(yàn)原材料

水泥為青松建化生產(chǎn)的425 普通硅酸鹽水泥;粉煤灰為阿拉爾電廠生產(chǎn)的粉煤灰;拌和水為阿拉爾市普通居民飲用水;減水劑為四川省宜賓市江?；炷镣饧觿S所生產(chǎn)的NC 復(fù)合型早強(qiáng)減水劑和FDN－T 型高效減水劑;骨料均是由西大橋沙場(chǎng)生產(chǎn)的，三種骨料的基本性能見(jiàn)表1。

表1 骨料的基本性能

2 配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用以普通配合比方法為基準(zhǔn)，分C30和C35 兩個(gè)混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)系列，對(duì)選擇的425 硅酸鹽水泥選擇水灰比為0.51 和0.42 兩種，粉煤灰摻量為0%、10%、20%、25%、30%和40%六種(注:對(duì)于不慘外加劑的混凝土我們選用的粉煤灰摻量是0%、10%、20%、30%和40%五種)，相應(yīng)的編號(hào)為A0、A1、A2、A2.5、A3、A4。外加劑(早強(qiáng)減水劑和高效減水劑)的摻量為0%、0.6%、0.8%和1.0%四種(注:在粉煤灰摻量為25%時(shí)，選用的外加劑摻量為0.6%、0.8% 和1.0%，在粉煤灰摻量為0%、10%、20%、30%和40%是選用的外加劑摻量為0.8%)，相應(yīng)的編號(hào)為Z0.6、Z0.8、Z1.0、X0.6、X0.8、X1.0，共42 個(gè)配合比。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 減水劑摻量對(duì)粉煤灰混凝土和易性的影響

本次試驗(yàn)是在粉煤灰摻量為25%的前提下，采用的減水劑摻量分別是0.6%、0.8%、1.0%。通過(guò)對(duì)其坍落度的試驗(yàn)得出不同摻量減水劑對(duì)混凝土和易性的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出:在粉煤灰摻量一定時(shí)，混凝土的坍落度隨著減水劑摻量的增加混凝土的坍落度越大，并且隨著減水劑摻量的增大混凝土的坍落度的增長(zhǎng)趨勢(shì)也越來(lái)越顯著。在其他條件不變的情況下，高效減水劑對(duì)混凝土和易性的影響比早強(qiáng)減水劑更顯著。因此，在混凝土中摻入適當(dāng)?shù)臏p水劑有助于提高混凝土的和易性能，可使混凝土具有更好的流動(dòng)性。

表2 混凝土配合比與拌合物性能

3.2 粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)分C30、C35 兩組，每組骨料配比不變，水泥用量隨著粉煤灰等重量取代而改變。每組粉煤灰摻量依次為0、10%、20%、30%、40%，觀測(cè)7 d、28 d、56 d 抗壓強(qiáng)度如圖1 和圖2 所示。

圖1 粉煤灰摻量對(duì)C35 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖2 粉煤灰摻量對(duì)C30 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖1、圖2 可看出，粉煤灰摻量為水泥量的10%－40%時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，C35 和C30混凝土的抗壓強(qiáng)度在7 d、28 d 和56 d 齡期都有從增大到減小的發(fā)展趨勢(shì)，其中在20%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大，早期強(qiáng)度和長(zhǎng)期強(qiáng)度都得到了提高，尤其是后期強(qiáng)度，表明粉煤對(duì)混凝土中后期強(qiáng)度有很大的貢獻(xiàn)［8］。對(duì)于實(shí)驗(yàn)所用的水泥和粉煤灰，粉煤灰的最佳摻量為20%較為合適。兩者的區(qū)別是對(duì)于C30的混凝土來(lái)說(shuō)，齡期從28 d 增加到56 d的過(guò)程中其強(qiáng)度增幅沒(méi)有C35的強(qiáng)度增幅大，說(shuō)明粉煤灰摻量對(duì)于提高較高強(qiáng)度的混凝土的強(qiáng)度更為有利。

3.3 早強(qiáng)減水劑對(duì)粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度影響

試驗(yàn)摻0.8%早強(qiáng)減水劑，試驗(yàn)分C30、C35 兩組，每組骨料配比不變，水泥用量隨著粉煤灰等重量取代而改變。每組粉煤灰摻量依次為0、10%、20%、30%、40%，測(cè)量7 d、28 d、56 d 抗壓強(qiáng)度。對(duì)摻固定量早強(qiáng)減水劑的粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度見(jiàn)圖3 和圖4。

圖3 早強(qiáng)減水劑一定粉煤灰不同摻量對(duì)C30 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖4 早強(qiáng)減水劑一定粉煤灰不同摻量對(duì)C35 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖3 和圖4 可看出:在摻固定外加劑且其他條件不變的情況下，7 d、28 d 和56 d 混凝土的強(qiáng)度都是隨著粉煤灰摻量的增加其強(qiáng)度先增大后變小的變化趨勢(shì)，當(dāng)粉煤灰含量占水泥等重量20%時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度最大，這與不摻加早強(qiáng)減水劑具有相同的特點(diǎn)。

粉煤灰摻量皆為水泥等質(zhì)量的20%，試驗(yàn)分C30、C35 兩組混凝土，早強(qiáng)減水劑摻量為0.6%、0.8%、1.0%。測(cè)得抗壓強(qiáng)度與早強(qiáng)減水劑關(guān)系見(jiàn)圖5 和圖6。

圖5 粉煤灰一定早強(qiáng)減水劑不同摻量對(duì)C30 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖6 粉煤灰一定早強(qiáng)減水劑不同摻量對(duì)C35 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖5 和圖6 可知:相同的粉煤灰摻入量的混凝土的強(qiáng)度，隨著外加劑的摻入，其抗壓強(qiáng)度先增大后減小，7 d、14 d、28 d 強(qiáng)度都按著大致相同的趨勢(shì)增長(zhǎng)，7 d、14 d 齡期的強(qiáng)度曲線較平緩，28 d 齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)速度較快。因此，當(dāng)粉煤灰摻量為20%，早強(qiáng)減水劑含量為0.8%時(shí)，混凝土7 d、14 d、28 d抗壓強(qiáng)度最大。因此摻加早強(qiáng)減水劑的最佳含量在0.8%左右。

3.4 高效減水劑對(duì)粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度影響

試驗(yàn)分C30、C35 兩組，每組骨料配比不變，水泥用量隨著粉煤灰等重量取代而改變。每組粉煤灰摻量依次為0、10%、20%、25%、30%、40%，高效減水劑摻量為0.8%，觀測(cè)7 d、28 d、56 d 抗壓強(qiáng)度如圖7 和圖8 所示。

圖7 高效減水劑一定粉煤灰不同摻量對(duì)C30 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖7 和圖8 可看出:在摻0.8%高效減水劑且其他條件不變的情況下，C30 和C35 混凝土7 d、28 d 和56 d 混凝土的強(qiáng)度都是隨著粉煤灰摻量的增加其強(qiáng)度先增大后變小的變化趨勢(shì)，當(dāng)粉煤灰含量占水泥等重量25%時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度最大，這是與不摻加高效減水劑時(shí)20%混凝土強(qiáng)度達(dá)到最大的區(qū)別，說(shuō)明增加高效減水劑時(shí)可以激發(fā)粉煤灰的水化作用。

圖8 高效減水劑一定粉煤灰不同摻量對(duì)C35 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)分C30、C35 兩組，每組骨料配比不變，水泥用量隨著粉煤灰等重量取代而改變。粉煤灰摻量為25%，高效減水劑摻量為0.6%、0.8% 和1.0%，觀測(cè)7 d、14 d、28 d 抗壓強(qiáng)度如圖9 和圖10所示。

圖9 粉煤灰一定高效減水劑不同摻量對(duì)C30 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖10 粉煤灰一定高效減水劑不同摻量對(duì)C35 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖9 和圖10 可以看出，粉煤灰摻量為25%，高效減水劑摻量在0.6%～1.0%時(shí)，C30 混凝土7 d 和14 d 強(qiáng)度在0.8%時(shí)最小，7 d、14 d 和28 d 強(qiáng)度在效減水劑含量為1.0%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大，因此摻加高效減水劑的最佳含量在1.0%能更好的提高混凝土的強(qiáng)度。C35 混凝土7 d 強(qiáng)度在高效減水劑摻量在0.6%～1.0%時(shí)逐漸減小，14 d 和28 d 強(qiáng)度在高效減水劑摻量在0.6%～1.0%時(shí)逐漸增大，在1.0%時(shí)達(dá)到最大，主要是由于高效減水劑的減水作用，使混凝土水灰比降低，降低了混凝土的孔隙率，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土的強(qiáng)度不斷提高。

4 結(jié)論

通過(guò)分析早強(qiáng)減水劑和高效減水劑摻量對(duì)粉煤灰混凝土和易性和抗壓強(qiáng)度的影響，可以獲得最佳的配合比如下:

(1)當(dāng)混凝土中摻入粉煤灰和早強(qiáng)減水劑時(shí)，在粉煤灰摻量為20%，早強(qiáng)減水劑摻量為0.8%時(shí)最佳，其配合比為:

C30 混凝土:W:C:G:g:S:A:Z=165:255.816:815:543:554:64.6:2.584

C35 混凝土:W:C:G:g:S:A:Z=180:338.976:702:574:496:85.6:3.424

(2)當(dāng)混凝土中摻入粉煤灰和高效減水劑時(shí)，在粉煤灰摻量為25%，高效減水劑摻量為1.0%時(shí)最佳，其配合比為:

C30 混凝土:W:C:G:g:S:A:X=165:239.02:815:543:554:80.75:3.23

C35 混凝土:W:C:G:g:S:A:X=180:316.72:702:574:496:107:4.28

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