外加劑摻量對(duì)C50 粉煤灰混凝土軸心抗壓及抗折強(qiáng)度影響試驗(yàn)研究

孫 猛 孔維興 胡佐君 姜長(zhǎng)領(lǐng)

1中鐵七局集團(tuán)鄭州工程公司（450001） 2 鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院（450001）3 中國(guó)建筑第三工程局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司（430040） 4 駐馬店市公路工程開(kāi)發(fā)有限（463000）

0 引言

外加劑目前已經(jīng)是配制水泥砂漿和混凝土的重要的輔助材料和必不可缺的組分，是在混凝土中加入的少量的無(wú)機(jī)或有機(jī)化合物，以提高或改善混凝土的某些性能。不同種類(lèi)的混凝土外加劑在混凝土中起著不同的作用， 可以對(duì)混凝土的流變速度、凝結(jié)時(shí)間、硬化速度等進(jìn)行控制，改善混凝土的部分性能，使混凝土易于施工，并節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本。一般按實(shí)際工程需要使用對(duì)應(yīng)的外加劑加入混凝土中，但是外加劑的添加量需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，摻量太少達(dá)不到工程實(shí)際要求的效果，摻量太大則會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低、質(zhì)量變差，甚至拌和狀態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題、無(wú)法成型。 應(yīng)該按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中的摻量，并進(jìn)行必要的試配試驗(yàn)，確定外加劑的具體摻量。 目前應(yīng)用于高性能混凝土中的外加劑多為高效復(fù)合外加劑，以此改善混凝土的綜合性能，使高性能混凝土真正成為高強(qiáng)、耐久、綠色、經(jīng)濟(jì)的新型材料[1-2]。

外加劑的種類(lèi)繁多，其性能也不盡相同。 工程中常用的外加劑有減水劑、引氣劑、早強(qiáng)劑、速凝劑、緩凝劑、阻銹劑、防水劑等。 其中減水劑大多為減水效能高的聚羧酸高性能減水劑，其是由第一代的木質(zhì)素磺酸鹽逐漸演變?yōu)榈诙目s聚型聚合物高效減水劑（萘系和三聚氰胺系），最終發(fā)展出的第三代混凝土減水劑[3-4]。 根據(jù)外加劑摻入時(shí)的狀態(tài)，摻入時(shí)間可分為先摻法、溶液同摻法、滯水法和后摻法。先摻法是將固態(tài)粉末狀的外加劑與水泥在加水?dāng)嚢枨盎旌霞尤隱5]。 林雅蓮[6]、陳萍[7]等研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土中加入高效減水劑和粉煤灰，拌和質(zhì)量得到較大提升，混凝土的強(qiáng)度也得到較大的改善，7 d 的立方體抗壓強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期要求的105%，28 d 的立方體抗壓強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期要求的136%。 鐘含[8]等人研究發(fā)現(xiàn)，摻加礦物摻合料及高性能減水劑后，混凝土拌合物的和易性得到改善，總體性能良好；高性能減水劑的種類(lèi)和摻量對(duì)自密實(shí)混凝土的和易性有明顯影響；礦物摻合料的種類(lèi)和摻量對(duì)混凝土密實(shí)度的影響要大于水膠比；粉煤灰與礦粉相比，前者更有利于混凝土密實(shí)度的改善。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥選用河南省駐馬店市豫龍同力水泥有限公司生產(chǎn)的P·O 52.5 級(jí)水泥；粉煤灰選用河南省平頂山市生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰；細(xì)骨料選用正陽(yáng)縣淮河產(chǎn)的細(xì)度模數(shù)為2.3~3.0 的天然河砂；粗骨料為粒徑4.75~19 mm 連續(xù)級(jí)配的碎石；拌合及養(yǎng)護(hù)用水為飲用水；減水劑選用新鄉(xiāng)市潔神建材科技有限公司生產(chǎn)的JS-Y01 聚羧酸高性能減水劑，具體成分見(jiàn)表1。

表1 外加劑成分表

1.2 混凝土配合比

本次試驗(yàn)配合比參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 55—2011 設(shè)計(jì)，由于新規(guī)范《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》 GB/T 50146—2014 中已不再采用基準(zhǔn)混凝土配合比的設(shè)計(jì)思想，取締了超量取代法的設(shè)計(jì)方法，所以文章增設(shè)了等量取代法的對(duì)照組。

表2 C50 粉煤灰混凝土配合比

1.3 試驗(yàn)方法

混凝土軸心抗壓強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)每組3 個(gè)試件，尺寸為150 mm×150 mm×300 mm；混凝土抗折強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)每組3 個(gè)試件，尺寸為150 mm×150 mm×550 mm。軸心抗壓強(qiáng)度測(cè)試試件和抗折強(qiáng)度測(cè)試試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d 后，根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081—2002 進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

不同外加劑摻量粉煤灰C50 混凝土28 d 軸心抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

2.1 不同外加劑粉煤灰C50 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度

不同外加劑粉煤灰C50 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度如圖1 所示。

圖1 28 d 軸心抗壓強(qiáng)度

如圖1 所示，F(xiàn)=10%、W=0.9%試驗(yàn)組28 d 軸心抗壓強(qiáng)度較差，比基準(zhǔn)混凝土略有下降，分析混凝土制作過(guò)程發(fā)現(xiàn)，該組混凝土在拌制過(guò)程中出現(xiàn)了泌水及離析現(xiàn)象， 甚至在制作混凝土試件的過(guò)程中，有的試件成型后表面出現(xiàn)干縮裂縫，導(dǎo)致其軸心抗壓強(qiáng)度降低。 總體來(lái)說(shuō)，相同外加劑、摻量相同的情況下，粉煤灰摻量在15%和20%的28 d 強(qiáng)度發(fā)展更好，且外加劑摻量在0.7%～0.5%更合適。

2.2 不同外加劑粉煤灰C50 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

圖2 28 d 抗折強(qiáng)度

從圖2 可以明顯看出，相比于基準(zhǔn)混凝土組，同一外加劑摻量下， 摻粉煤灰各組的28 d 抗折強(qiáng)度均有一定程度下降，“粉煤灰取代率10%、外加劑摻量0.9%”與“粉煤灰取代率15%、外加劑摻量0.9%”兩組配合比方案，其抗折強(qiáng)度降低過(guò)多，不符合要求；在外加劑摻量為0.9%的情況下，取代率為10%的試驗(yàn)組的抗折強(qiáng)度下降最大，約為41.7%。 究其原因，對(duì)于W=0.9%的各組，其強(qiáng)度較低是由于外加劑會(huì)影響拌合物的狀態(tài)，甚至導(dǎo)致混凝土的力學(xué)性能下降，對(duì)抗折強(qiáng)度的影響較抗壓強(qiáng)度更為顯著。在粉煤灰替代率為10%時(shí)，外加劑摻量為0.7%時(shí)混凝土抗折強(qiáng)度相對(duì)較高； 在粉煤灰替代率為15%時(shí)，外加劑摻量為0.6%時(shí)混凝土抗折強(qiáng)度基本接近基準(zhǔn)混凝土抗折強(qiáng)度，取得較理想的抗折強(qiáng)度。 對(duì)比不同粉煤灰替代率， 外加劑最佳摻量基本穩(wěn)定在0.7%～0.5%之間。但毫無(wú)疑問(wèn)，每個(gè)試驗(yàn)組的抗折強(qiáng)度基本都達(dá)到了立方體抗壓強(qiáng)度的1/10，能夠滿(mǎn)足要求。

表3 28 d 齡期不同外加劑摻量粉煤灰C50 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

1）針對(duì)粉煤灰C50 混凝土，外加劑摻量過(guò)大會(huì)影響混凝土拌和物的狀態(tài)，過(guò)小則起不到應(yīng)有的效用，因此，高強(qiáng)粉煤灰混凝土的制作要充分考慮外加劑的摻量，混凝土使用前要通過(guò)試驗(yàn)方法確定合適的外加劑摻量，進(jìn)而保證粉煤灰混凝土的工作性和力學(xué)性能。

2）文章各組配合比試驗(yàn)結(jié)果基本都能滿(mǎn)足使用要求，經(jīng)綜合比選，考慮實(shí)際施工和易性和經(jīng)濟(jì)效益，選擇“粉煤灰取代率15%、外加劑摻量0.6%”作為最終的配合比方案。