增效劑對混凝土性能的影響研究

夏 蕓 鄧亞芬 金科益

(浙江省建材集團(tuán)有限公司 浙江杭州 310011)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)力度不斷加大，混凝土已成為當(dāng)前施工建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用量最多的建筑材料，水泥消耗量也在不斷增長。近來受國家環(huán)保政策影響，水泥出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，給建設(shè)項(xiàng)目造成了巨大的成本壓力。且由于天然砂石的限采，其品質(zhì)明顯下降，混凝土生產(chǎn)企業(yè)大多采取提高水泥用量來提高混凝土工作性能，保證強(qiáng)度富余量。根據(jù)有關(guān)研究表明，混凝土中有將近20%水泥沒有完全水化，僅作為填充材料存在，造成極大的資源浪費(fèi)[1]。

本研究是為了在保證混凝土工作性能和各項(xiàng)指標(biāo)不差于原配合比的情況下，達(dá)到降低水泥用量的目的。混凝土增效劑是近年來出現(xiàn)的一種新型外加劑，其作用機(jī)理，是通過提高水泥顆粒及礦物細(xì)集料的分散度，最大限度地激發(fā)每一單位水泥分子的作用，達(dá)到增強(qiáng)混凝土的綜合性能，并減少混凝土中水泥使用量的作用[2]。本文研究了一種LBD增效劑對混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響，并基于增效劑的應(yīng)用優(yōu)化了C30混凝土配合比。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，桐鄉(xiāng)市運(yùn)河水泥；粉煤灰：選用Ⅱ級粉煤灰，長新長水；礦粉：采用S95礦粉，常州中天；粗骨料：采用連續(xù)級配的粒徑為5 mm～31.5 mm的碎石，表觀密度2660 kg/m3；細(xì)骨料：用細(xì)度模數(shù)在3.0～3.4之間的機(jī)制砂和細(xì)度模數(shù)在1.0～1.2之間的天然砂按比例搭配混合使用；外加劑：萘系高效減水劑，浙江德清天和新型建材有限公司；增效劑：使用浙江來寶得新材料公司生產(chǎn)的LBD增效劑，其勻質(zhì)性指標(biāo)如表1所示，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《混凝土減膠劑》(JC/T 2469-2018)要求。

表1 某種增效劑勻質(zhì)性指標(biāo)

1.2 基準(zhǔn)混凝土配合比

本次研究采用的C30基準(zhǔn)混凝土的配合比為：m(水泥)∶m(砂)∶m(石)∶ m(礦粉)∶m(粉煤灰)∶m(減水劑)∶m(水)=281∶757∶952∶56∶60∶7.7∶175=1∶2.69∶3.39∶0.2∶021∶0.03∶0.62。

1.3 試驗(yàn)方法

首先，通過混凝土試配，初步確定增效劑最佳摻量范圍。在此基礎(chǔ)上，對比不同水膠比對強(qiáng)度的影響，得出摻加增效劑，并保證達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)可降低的膠凝材料用量，研究不同摻量增效劑對不同水泥用量下混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，以及對相同水泥用量混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響?；炷恋墓ぷ餍阅軠y試按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080-2016)進(jìn)行，測定新拌混凝土的坍落度和擴(kuò)展度?？箟簭?qiáng)度測試方法根據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2019)進(jìn)行，分別對標(biāo)養(yǎng)至3 d、7 d、28 d 的混凝土試塊時(shí)進(jìn)行測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 增效劑摻量對C30混凝土坍落度及抗壓強(qiáng)度的影響

混凝土增效劑摻量對混凝土的工作性能影響如表2所示，對抗壓強(qiáng)度的影響如圖1所示。

圖1 不同摻量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

表2 增效劑摻量對C30混凝土工作性能的影響

根據(jù)表2可知，摻加增效劑后，新拌混凝土混凝土坍落度和擴(kuò)展度均有一定的增加。隨著加入的增效劑摻量提高，混凝土坍落度先升高后降低，經(jīng)時(shí)損失變高，其中摻量為0.46%時(shí)，坍落度達(dá)到200 mm，擴(kuò)展度到550 mm×560 mm，經(jīng)時(shí)損失也較小。這是因?yàn)樵鲂┑氖鼓z凝材料的分散程度有了一定增加，導(dǎo)致水泥水化更加充分，提高水泥漿體對粗細(xì)骨料包裹的有效性，從而改善混凝土的流動(dòng)性和粘聚性[3]。同時(shí)，增效劑在與減水劑配合使用情況下，可改善由于減水劑使用而引起的離析現(xiàn)象，從而提高混凝土的粘聚性和保水性，提高混凝土的泵送性能。當(dāng)增效劑摻量為0.62%時(shí)，坍落度降低到195 mm，擴(kuò)展度降低到555 mm×555 mm，經(jīng)過1h后，坍落度降低了20 mm，擴(kuò)展度損失20 mm～25 mm。從工作性角度考慮，增效劑最優(yōu)摻量為0.46%。

根據(jù)圖1可知，摻入增效劑的混凝土抗壓強(qiáng)度明顯提高，增效劑對混凝土后期抗壓強(qiáng)度的影響大于前期。隨著增效劑摻量提高，混凝土的強(qiáng)度也隨之提高。增效劑摻量為0.46%時(shí)，混凝土的各個(gè)齡期抗壓強(qiáng)度均高于未添加增效劑的對照組，且較某種增效劑摻量0.3%時(shí)有較大的增長。試驗(yàn)測得，增效劑摻量為0.46%時(shí)，對比基準(zhǔn)組，3 d強(qiáng)度提高了2%，7 d強(qiáng)度提高了4%，28 d強(qiáng)度提高了5%。增效劑摻量為0.62%時(shí)，對比基準(zhǔn)組，3 d強(qiáng)度提高了5%，7 d強(qiáng)度提高了4%，28 d強(qiáng)度提高了12%。

2.2 添加定量增效劑并降低水泥用量對混凝土坍落度及強(qiáng)度的影響

綜合考慮增效劑對混凝土工作性能的影響和經(jīng)濟(jì)因素，選擇0.46%作為增效劑的合理摻量，并在此前提下，測定不同水泥用量對混凝土坍落度以及3 d、7 d、28 d強(qiáng)度等性能的影響，得到摻加增效劑時(shí)的最經(jīng)濟(jì)水泥用量?；炷猎鲂搅恳欢ǎ瑴p少水泥用量對混凝土的工作性能影響如表3所示，對抗壓強(qiáng)度的影響如圖2所示。

圖2 不同水泥含量對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

表3 不同水泥用量對混凝土工作性能的影響

由表3和圖2可知，隨著膠凝材料的減少，混凝土坍落度和擴(kuò)展度都隨之降低，3 d、7 d、28 d強(qiáng)度也有一定降低。與基準(zhǔn)組對比，摻了0.46%增效劑的混凝土，在減少了7.5%的水泥后，其28 d強(qiáng)度與基準(zhǔn)組28 d強(qiáng)度相當(dāng)，3 d和7 d強(qiáng)度略低。因此，通過摻加0.46%增效劑的方式，可減少7.5%的膠凝材料用量，使混凝土28 d的強(qiáng)度不發(fā)生明顯下降。

3 經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益分析

選擇常用的C30等級混凝土進(jìn)行成本核算，分別計(jì)算基準(zhǔn)混凝土配合比與摻增效劑，減少7.5%膠凝材料用量的混凝土配合比所用原材料的成本，并進(jìn)行比較，詳細(xì)清單如表4所示。

表4 成本分析清單表 kg/m3

經(jīng)分析可知，在添加0.46%增效劑后，可減少膠凝材料7.5%。在此情況下，每立方米混凝土可為混凝土攪拌站節(jié)約生產(chǎn)成本約6元，在一定程度上提高了經(jīng)濟(jì)效益。

查詢資料可得，每生產(chǎn)1 t水泥熟料，需要消耗1.3 t石灰石，200 kg煤，100度電，并同時(shí)產(chǎn)生近1 t二氧化碳以及大量的二氧化硫和伴隨而來的粉塵污染[4]。按照每立方米混凝土減少20 kg水泥計(jì)算，每生產(chǎn)100萬m3混凝土可節(jié)約2萬t水泥用量。因此，使用混凝土增效劑不僅降低了生產(chǎn)成本，在一定程度上減少了碳排放，對于助力建材行業(yè)早日達(dá)到碳達(dá)峰碳中和亦有貢獻(xiàn)。

4 結(jié)語

本次研究了某種混凝土增效劑對于混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響，可以得到如下結(jié)論：

(1)混凝土增效劑能夠明顯改善新拌混凝土的工作性能，提高混凝土抗壓強(qiáng)度。當(dāng)不減少水泥用量時(shí)，合理摻入混凝土增效劑，能增加混凝土坍落度和擴(kuò)展度，且抗壓強(qiáng)度有一定提高。

(2)混凝土增效劑摻量過大，會(huì)導(dǎo)致減弱對混凝土拌合物性能的改善效果，而且坍落度經(jīng)時(shí)損失會(huì)增加，不利于生產(chǎn)上控制坍落度，本次試驗(yàn)適宜摻量可取0.46%左右。

(3)合理摻加混凝土增效劑，可以減少單方水泥用量，且可提高混凝土拌合物工作性能。雖然早期抗壓強(qiáng)度偏低，但28 d養(yǎng)護(hù)齡期試件抗壓強(qiáng)度值增長明顯，能達(dá)到對照組的混凝土抗壓強(qiáng)度。

(4)使用增效劑后，生產(chǎn)成本降低6元/m2，水泥用量減少20 kg/m2。若能得到推廣，能產(chǎn)生明顯經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)減少對自然資源的消耗及對環(huán)境的污染，對節(jié)能減排工作也有重要意義。