配重混凝土的制備研究

婁躍恒，孫琳，王松亮，劉先國

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 徐州 221100）

0 前言

海底油氣管道、高層建筑物電梯、風(fēng)電場基礎(chǔ)等部位因其特殊需求，需要使用表觀密度較高的配重混凝土，以達(dá)到表面保護(hù)和結(jié)構(gòu)配重的目的。配重混凝土的表觀密度通常在 2600kg/m3以上，相比普通混凝土，配重混凝土的表觀密度較大，需要用表觀密度大的骨料來實(shí)現(xiàn)，如重晶石、鐵精粉、鋼砂、礦石砂等[1-2]。

采用表觀密度較大的骨料制備配重混凝土?xí)r，因骨料與漿體的密度差較大，混凝土拌合物中的骨料容易沉降，導(dǎo)致混凝土發(fā)生分層、離析、坍落度損失過快等問題。本試驗(yàn)經(jīng)大批量的試配，通過摻入適當(dāng)?shù)囊龤鈩┡c增稠劑調(diào)整漿體狀態(tài)，配制出了表觀密度符合要求、工作性能和力學(xué)性能良好的配重混凝土。

1 原材料

（1）水泥：淮海中聯(lián) P·O42.5 水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量比 28.5%，28d 抗壓強(qiáng)度 53.3MPa。

（2）粉煤灰：國華 Ⅰ 級灰，45μm 方孔篩篩余6.4%，28d 活性指數(shù) 76%。

（3）礦粉：徐鋼 S95 級礦粉，流動(dòng)度比 95%，28d活性指數(shù) 96%。

（4）天然河砂：Ⅱ區(qū)中砂，含泥量 1.8%，細(xì)度模數(shù) 2.5。

（5）碎石：公稱粒徑 5～31.5mm 碎石，含泥量0.5%。

（6）水：市政自來水。

（7）減水劑：蘇博特 PCA-1 減水劑，減水率18.8%。

（8）引氣劑：三萜皂苷、十二烷基硫酸鈉及市售某引氣劑。

（9）增稠劑：羧甲基纖維素、淀粉、聚丙烯酰胺。

（10）鋼砂：徐鋼集團(tuán)產(chǎn)鋼砂。

2 試驗(yàn)方法

將鋼砂進(jìn)行篩分，取粒徑范圍 0.08～5.0mm 的顆粒進(jìn)行試驗(yàn)；以常用的普通 C30 配比為基準(zhǔn)配合比，采用鋼砂等體積取代天然砂；因鋼砂表觀密度遠(yuǎn)大于其他原材料（試驗(yàn)結(jié)果見表 1），摻入適量引氣劑與增稠劑調(diào)整漿體狀態(tài)，配制混凝土并檢測混凝土相關(guān)性能。

表1 試驗(yàn)用原材料表觀密度 kg/m3

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果配制強(qiáng)度等級 C25～C40 的混凝土，檢測混凝土性能變化，試驗(yàn)用配合比見表 2。混凝土的工作性能和力學(xué)性能檢測分別按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和 GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

表2 試驗(yàn)用理論配合比 kg/m3

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 引氣劑對配重混凝土性能影響檢測結(jié)果

以普通 C30 配比為基準(zhǔn)配合比，采用鋼砂等體積取代天然砂，分別摻入三萜皂苷（A 組）、十二烷基硫酸鈉（B 組）、市售引氣劑（C 組），配制混凝土并檢測混凝土相關(guān)性能，檢測結(jié)果如表3所示。

表3 引氣劑對配重混凝土性能影響檢測結(jié)果

由表3可知，摻入適量的引氣劑后，混凝土拌合物黏度適中、坍落度損失較小，工作性能明顯得到改善；但混凝土的力學(xué)性能降低?；炷恋墓橇霞壟渫ǔ２荒苓_(dá)到理想狀態(tài)，適量引氣劑引入的氣泡可以補(bǔ)償骨料中的細(xì)顆粒，改善拌合物工作性能；隨著引氣劑摻量的增加，過量的氣泡會(huì)造成混凝土抗壓強(qiáng)度的下降[3-4]。在試驗(yàn)所用的3種引氣劑中三萜皂苷在改善工作性能的同時(shí)抗壓強(qiáng)度損失最小，這是因?yàn)槿圃碥兆鳛橐龤鈩┮氲臍馀菁?xì)小、穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)良好，對力學(xué)性能的影響較小[5]。

3.2 增稠劑對配重混凝土性能影響檢測結(jié)果

摻入適量引氣劑后，混凝土拌合物黏度適中、坍落度損失較??；但因鋼砂的表觀密度過大，容易沉降，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)泌漿、離析等問題。在以三萜皂苷為引氣劑的基礎(chǔ)上，分別采用羧甲基纖維素（D 組）、淀粉（E 組）、聚丙烯酰胺（F 組）為增稠劑，配制混凝土并檢測混凝土相關(guān)性能，檢測結(jié)果見表 4。

由表4可知，摻入增稠劑可以調(diào)整混凝土拌合物漿體狀態(tài)，改善混凝土拌合物工作性能；但使用羧甲基纖維素與聚丙烯酰胺時(shí)，混凝土拌合物流動(dòng)性損失過大，要保持混凝土流動(dòng)性需適當(dāng)增加用水量，對混凝土力學(xué)性能不利。

3.3 不同強(qiáng)度等級配重混凝土性能檢測結(jié)果

以鋼砂等體積取代天然砂，采用三萜皂苷為引氣劑、淀粉為增稠劑，配制強(qiáng)度等級為 C25～C40 的混凝土，檢測混凝土相關(guān)性能，檢測結(jié)果見表 5。

試驗(yàn)結(jié)果表明：以鋼砂等體積取代天然砂，采用三萜皂苷為引氣劑、淀粉為增稠劑，可以配制不同強(qiáng)度等級的配重混凝土，試驗(yàn)配制的混凝土工作性能與力學(xué)性能良好、表觀密度達(dá)到要求。

表4 增稠劑對配重混凝土性能影響檢測結(jié)果

表5 強(qiáng)度等級 C25～C40 的混凝土性能檢測結(jié)果

4 結(jié)論

（1）三萜皂苷作為引氣劑，能明顯改善混凝土工作性能，且氣泡細(xì)小而致密、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對混凝土力學(xué)性能的影響較小，優(yōu)于十二烷基硫酸鈉和市售引氣劑。

（2）羧甲基纖維素、淀粉和聚丙烯酰胺作為增稠劑可以調(diào)整混凝土拌合物漿體狀態(tài)，改善混凝土工作性能，但羧甲基纖維素與聚丙烯酰胺對需水量影響較大，對混凝土力學(xué)性能不利。

（3）采用鋼砂等體積取代天然砂，三萜皂苷為引氣劑、淀粉為增稠劑，可以配制工作性能與力學(xué)性能良好、表觀密度達(dá)到要求的不同強(qiáng)度等級的配重混凝土。