外加劑對(duì)大摻量粉煤灰自密實(shí)混凝土性能優(yōu)化研究

周光明 張圣菊 張建 翁洋 萬晉

(江蘇科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212003)

從20世紀(jì)80年代開始，國內(nèi)開始研究自密實(shí)混凝土，進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的自密實(shí)混凝土進(jìn)入高速發(fā)展階段，但目前對(duì)于大摻量粉煤灰條件下，水泥、粉煤灰與外加劑的適應(yīng)性問題以及外加劑對(duì)大摻量粉煤灰自密實(shí)混凝土性能的影響問題，國內(nèi)外這方面的研究資料還比較少。本文擬通過各外加劑如高效減水劑、引氣劑、膨脹劑等與粉煤灰之間及外加劑之間的相容問題，研究其對(duì)自密實(shí)混凝土性能的影響，然后通過調(diào)整外加劑的種類和數(shù)量，優(yōu)化自密實(shí)混凝土的各項(xiàng)性能，為工程廣泛應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 原材料及主要性能指標(biāo)測(cè)定方法

1.1 原材料

1)水泥:采用鎮(zhèn)江市金山水泥有限公司生產(chǎn)的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。其他性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表1。2)砂:采用中砂，測(cè)試指標(biāo)有細(xì)度模數(shù)2.8，表觀密度2.67 g/cm3，含泥量:1.8%;泥塊含量:0.5%，砂率在30%～50%之間取值。3)減水劑:采用江蘇特密斯混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的液體聚羧酸系高效減水劑(固含量約40%)，減水率在30%以上。摻量范圍為1.1%～1.7%。使用時(shí)不扣除減水劑中水的質(zhì)量。4)粉煤灰:采用鎮(zhèn)江間壁電廠生產(chǎn)Ⅱ級(jí)粉煤灰，表觀密度2.3 g/cm3。5)粗集料采用石灰?guī)r質(zhì)碎石，最大粒徑為20 mm，表觀密度2.75 g/cm3，自然堆積密度1.49 g/cm3，針片狀含量5%，壓碎值為9.1%。6)膨脹劑采用江蘇特密斯混凝土外加劑公司生產(chǎn)的膨脹劑，依據(jù)JC 476-2001標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)膨脹劑的限制膨脹率及抗折、抗壓強(qiáng)度性能，均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。7)引氣劑采用江蘇特密斯混凝土外加劑公司生產(chǎn)的TMS-FE型(粉)混凝土引氣劑，減水率不小于8%，抗凍等級(jí)高于F250。

表1 P.O42.5R主要性能指標(biāo)

1.2 主要性能指標(biāo)測(cè)定方法

根據(jù)JGJ/T 283-2012自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)C50自密實(shí)混凝土。

根據(jù)GB 50080普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的坍落度要求檢驗(yàn)混凝土流動(dòng)性，按照其規(guī)定的V漏斗實(shí)驗(yàn)方法檢驗(yàn)混凝土的粘稠性和抗離析性。

根據(jù)JGJ/T 283-2012自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程測(cè)定混凝土和易性。根據(jù)GB/T 50081-2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定混凝土強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 粉煤灰摻量對(duì)自密實(shí)混凝土的性能影響

根據(jù)CECS 203∶2012自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程中自密實(shí)混凝土的配比和自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程中自密實(shí)混凝土配合比的計(jì)算方法，選用初步配合比，對(duì)粉煤灰摻量分別為20%，25%，30%，35%，40%的自密實(shí)混凝土進(jìn)行試配試驗(yàn)，經(jīng)過試配后最終采用的自密實(shí)混凝土的配合比見表2。

表2 粉煤灰影響因素實(shí)驗(yàn)配合比(減水劑1.5%)

檢驗(yàn)其7 d，28 d抗壓強(qiáng)度、坍落擴(kuò)展度、T500、泌水性、離析程度等性能結(jié)果見表3。

表3 粉煤灰影響因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果(減水劑1.5%)

數(shù)據(jù)分析:根據(jù)混凝土自密實(shí)性能及力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果，隨著自密實(shí)混凝土添加粉煤灰量的增加使得自密實(shí)混凝土的和易性提高，但當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到40%以后，出現(xiàn)泌水情況。與此同時(shí)，通過7 d自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度可以看出，隨著自密實(shí)混凝土粉煤灰摻量的增多，抗壓強(qiáng)度逐漸減小，而28 d抗壓強(qiáng)度值隨著粉煤灰摻量的增多抗壓強(qiáng)度增大，但超過40%時(shí)開始降低。粉煤灰可以改善混凝土的和易性，雖然早期會(huì)降低混凝土的抗壓強(qiáng)度，但是后期有所提高，鑒于以上結(jié)果，我們可以得出，單摻粉煤灰作為礦物摻合料的情況下，粉煤灰的摻量宜控制在25% ～35%之間，以30%最優(yōu)。

2.2 減水劑對(duì)基于粉煤灰大摻量自密實(shí)混凝土的性能影響

根據(jù)CECS 203∶2012自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)定，在2.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上即粉煤灰摻量為30%，對(duì)減水劑摻量分別為1.4%，1.5%，1.6%，1.7%，1.8%的自密實(shí)混凝土進(jìn)行試配試驗(yàn)，經(jīng)過試配后最終采用的自密實(shí)混凝土的配合比見表4。

表4 減水劑影響因素實(shí)驗(yàn)配合比(粉煤灰30%)

實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 減水劑影響因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果(粉煤灰30%)

數(shù)據(jù)分析:隨著減水劑的增加，混凝土的7 d和28 d抗壓強(qiáng)度都逐漸增加，坍落擴(kuò)展度也增大，T500時(shí)間不斷縮短，但是，隨著減水劑的增加，自密實(shí)混凝土出現(xiàn)泌水和離析現(xiàn)象。高效減水劑的摻入使得混凝土的抗壓強(qiáng)度有所提高，這主要是因?yàn)楦咝p水劑能夠降低水泥顆粒固液界面能、靜電斥力作用、空間阻力作用，起到水化膜潤滑作用、引氣隔離滾珠作用等，從而降低混凝土的需水量，改善混凝土和易性與密實(shí)性，從而提高混凝土強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以得出，在粉煤灰一定的情況下，聚羧酸系液態(tài)減水劑的最佳摻量為1.6%。

2.3 膨脹劑對(duì)基于粉煤灰大摻量自密實(shí)混凝土的性能影響

根據(jù)CECS 203∶2012自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)定，在粉煤灰摻量為30%、減水劑為1.6%的基礎(chǔ)上，外加膨脹劑，膨脹劑摻量分別為6%，8%，10%，12%，14%。配合比設(shè)計(jì)見表6。

表6 膨脹劑影響因素實(shí)驗(yàn)配合比(粉煤灰30%、減水劑1.6%)

實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表7。

表7 膨脹劑影響因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果(粉煤灰30%、減水劑1.6%)

數(shù)據(jù)分析:從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以看到，內(nèi)摻膨脹劑對(duì)混凝土的和易性影響性不大，但對(duì)強(qiáng)度略有影響，在粉煤灰和減水劑摻量不變的情況下，隨著膨脹劑的增加，混凝土的強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，但是，當(dāng)膨脹劑摻量超過10%時(shí)增長速度變慢，當(dāng)摻量超過12%達(dá)到14%時(shí)，混凝土的強(qiáng)度開始下降。查閱資料，膨脹劑對(duì)混凝土的收縮進(jìn)行等量補(bǔ)償作用，并具有填充、堵塞毛細(xì)孔縫的作用，極大地提高了混凝土的防滲抗裂能力，建議在大體積混凝土、防潮防水混凝土中使用膨脹劑。膨脹劑的摻量應(yīng)在8%～12%之間，考慮成本問題，最佳摻量為10%。

2.4 引氣劑對(duì)基于粉煤灰大摻量自密實(shí)混凝土的性能影響

根據(jù)CECS 203∶2012自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)定，在粉煤灰摻量為30%、減水劑為1.6%的基礎(chǔ)上，外加引氣劑，引氣劑摻量分別為0.05%，0.1%，0.15%，0.2%，0.25%。配合比設(shè)計(jì)見表8。

表8 引氣劑影響因素配合比(粉煤灰30%、減水劑1.6%)

實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表9。

表9 引氣劑影響因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果(粉煤灰30%、減水劑1.6%)

數(shù)據(jù)分析:從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，引氣劑對(duì)自密實(shí)混凝土的和易性和力學(xué)性能都有一定影響，隨著引氣劑的增加，自密實(shí)混凝土的含氣量增加，7 d和28 d抗壓強(qiáng)度也開始增強(qiáng)，但是當(dāng)引氣劑摻量超過1.5%以后變得緩慢，當(dāng)摻量超過0.2%時(shí)，自密實(shí)混凝土的7 d和28 d抗壓強(qiáng)度甚至開始下降。自密實(shí)混凝土和易性隨引氣劑摻量的增多而更加優(yōu)越。這是因?yàn)閾郊右龤鈩┰诨炷林幸肓舜罅课⑿∏要?dú)立的氣泡，這種球狀氣泡使混凝土的和易性得到較大改善，這種作用尤其在集料粒形不好的碎石或人工砂混凝土中更為顯著，但是當(dāng)引氣劑摻量過多時(shí)，會(huì)造成過多的孔隙導(dǎo)致自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度降低。綜上我們可以得出，引氣劑的最佳摻量范圍在0.1%～0.2%，以0.15%最為優(yōu)越。

3 結(jié)語

1)大摻量粉煤灰摻入自密實(shí)混凝土中時(shí)，對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度略有降低，但后期強(qiáng)度有所增強(qiáng)，同時(shí)大大改善了混凝土的和易性，粉煤灰的最佳摻量為30%。2)自密實(shí)混凝土的拌制必須加入減水劑，減水劑不僅可以減少用水量，增加混凝土的和易性，而且可以增強(qiáng)自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度。在大摻量粉煤灰的背景下，液態(tài)高效減水劑的最佳摻量為1.6%。3)膨脹劑可以減少自密實(shí)混凝土的收縮，改善自密實(shí)混凝土的防水抗?jié)B性能，在大摻量粉煤灰的背景下，最佳摻量為10%。4)引氣劑的摻入較大程度的改善了自密實(shí)混凝土的和易性，但因?yàn)閷?duì)自密實(shí)混凝土的結(jié)構(gòu)有較大影響，不宜摻入過多，最佳摻量為0.15%。

［1］陳 松，張圣菊.綠色自密實(shí)粉煤灰混凝土特性實(shí)驗(yàn)研究［J］.山西建筑，2012，38(36):135-136.

［2］JGJ/T 283-2012，自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］王海娜，王科元，金南國.C35、C50自密實(shí)混凝土配合比研究［J］.混凝土，2010(7):104-109.