一種自密實混凝土用復(fù)合礦物外加劑的研制

李茜茜 劉旭飛 董樹強 王龍飛

摘?要：本文采用礦物摻和料（礦粉、硅灰、微珠）和羥丙基甲基纖維素復(fù)配，通過礦物摻和料優(yōu)化膠凝材料顆粒級配，填充水泥顆粒之間的空隙，釋放出孔隙水，改善流動性;利用礦物材料的減水效應(yīng)和滾珠潤滑效應(yīng)，降低混凝土黏度;同時加入羥丙基甲基纖維素提高混凝土漿體的黏聚性解決自密實混凝土的離析、泌水以及表面浮漿問題。

關(guān)鍵詞：自密實混凝土;礦物外加劑;泌水

自密實混凝土是一種在澆筑過程中無須振搗，靠混凝土自重完全填充至模板內(nèi)和鋼筋間隙，硬化后具有良好的力學(xué)性能和耐久性能的高性能混凝土。自密實混凝土具有免振搗、自密實、施工效率高、施工成本低等優(yōu)點。[1]自密實混凝土要求：應(yīng)具有良好的流動性，澆筑前后不離析、不泌水，粗細骨料均勻分布，水泥與骨料、混凝土與鋼筋具有良好的黏結(jié)性能。在配置自密實混凝土?xí)r，因拌和物流動性大，施工過程中容易出現(xiàn)泌水、離析等問題，導(dǎo)致硬化后體積穩(wěn)定性差，易造成開裂，產(chǎn)生質(zhì)量隱患。[2]

在配置自密實混凝土?xí)r，通常摻入纖維素、糊精等增稠劑可在一定程度上解決泌水和離析問題，但存在摻量低，無法解決混凝土的離析和泌水，摻量高又會導(dǎo)致混凝土流動性慢，填充性差的問題。[3]因此，開發(fā)一種復(fù)合礦物外加劑保證混凝土的工作性對自密實混凝土的推廣應(yīng)用具有非常重要的意義。

1 實驗部分

1.1 原材料

1.1.1 礦粉

1.1.2 硅灰

1.1.3 微珠

1.1.4 羥丙基甲基纖維素

黏度：100000mPa·s（-10%，+20%）

1.2 檢測方法

1.2.1 混凝土的工作性能試驗

依據(jù)JGJ/T283-2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》對自密實混凝土進行工作性能測試，主要考察自密實混凝土的坍落擴展度、T50試驗和泌水率。

1.2.2 混凝土的力學(xué)性能試驗

依據(jù)GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》對自密實混凝土進行力學(xué)性能測試，主要考察混凝土的抗壓強度比。

1.2.3 混凝土的耐久性能試驗

依據(jù)GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》對自密實混凝土進行耐久性能測試，主要考察混凝土的抗?jié)B性能和抗凍融性能。其中，混凝土抗凍性試驗采用快凍法。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗

2.1.1 正交試驗設(shè)計

2.1.2 正交試驗結(jié)果分析

通過正交實驗，由表可見，相對T50、坍落擴展度、泌水率因素的極差分析，四種因素中極差最大的分別是丙基甲基纖維素用量、微珠用量和丙基甲基纖維素用量。表明丙基甲基纖維素用量對自密實混凝土T50的影響最為顯著，微珠用量對自密實混凝土坍落擴展度的影響最為顯著，丙基甲基纖維素用量對自密實混凝土泌水率的影響最為顯著。綜合T50、坍落擴展度、泌水率因素考慮，確定各組合的最優(yōu)水平組合為A3B2C2D2，即礦粉用量15%，硅灰用量10%，微珠用量10%，丙基甲基纖維素用量2‰。

2.2 復(fù)合礦物外加劑的性能測試

配制復(fù)合礦物外加劑，用礦粉用量15%、硅灰用量10%、微珠用量10%、丙基甲基纖維素用量2‰替代水泥，測試其自密實混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能。

2.2.1 摻加復(fù)合礦物外加劑自密實混凝土的工作性能

由表8可見，摻加復(fù)合礦物外加劑的自密實混凝土表現(xiàn)出優(yōu)異的流變性能和自密實混凝土的填充性。這是由于：

其一，由于羥丙基甲基纖維素具有較長的分子鏈且所帶羥基基團具有較強的吸附作用，通過分子鏈的纏繞提高了漿體的黏度，增加了屈服應(yīng)力值，進而骨料和漿體間的作用增加，提高了新拌混凝土的穩(wěn)定性，提高了自密實混凝土的抗離析能力;此外，摻加羥丙基甲基纖維素的混凝土通過纏繞、吸附等作用，在混凝土中形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大大減少了自由水，因此，羥丙基甲基纖維素可改善漿體和骨料之間的包裹性能，提高自密實混凝土的保水性，從而降低了其泌水的可能性，減少黏度過低所造成石子與漿體的分離，提高混凝土漿體的黏聚性，可解決自密實混凝土的離析、泌水以及表面浮漿問題[4];其二，將多種礦物組分復(fù)配產(chǎn)生微集料—黏度疊加效應(yīng)，優(yōu)化了膠凝材料顆粒級配，填充水泥顆粒之間的空隙，釋放出孔隙水，改善流動性;利用礦物材料的減水效應(yīng)和滾珠潤滑效應(yīng)，降低混凝土黏度，在增加流動性的同時兼顧擴展速度T50，不僅可發(fā)揮各自優(yōu)勢，而且還可互補各自的不足，從而使得自密實混凝土同時具有較好的流動性和保水性。

2.2.2 摻加復(fù)合礦物外加劑自密實混凝土的力學(xué)性能

由表9可見，摻加復(fù)合礦物外加劑后，各齡期強度均有顯著提升。這是由于當幾種礦物組分復(fù)合使用，通過誘導(dǎo)激活、水化硬化形成穩(wěn)定的凝聚體系，提高了自密實混凝土與基體的界面黏結(jié)強度，提高了各齡期的強度。不同礦物組分復(fù)合使用在水泥的早期水化過程發(fā)揮其潛在的火山灰活性，通過與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，生成新的水化產(chǎn)物，降低漿體中Ca（OH）2含量，提高水泥礦物的水化速度，加速早期水泥水化過程，從而促進混凝土早期強度快速發(fā)展。[5-6]此外，水化產(chǎn)物Ca（OH）2與礦粉中的活性物質(zhì)SiO2、Al2O3不斷進行二次水化反應(yīng)生成的大量水化硅酸鈣填充于水泥石的孔隙中，使自密實混凝土結(jié)構(gòu)更加密實，從而提高其各齡期強度。

2.2.3 摻加復(fù)合礦物外加劑自密實混凝土的耐久性能

試驗研究了復(fù)合礦物外加劑對自密實混凝土抗?jié)B性能的影響，結(jié)果見表10。

從表10看出，與不加復(fù)合礦物外加劑的混凝土相比，摻復(fù)合礦物外加劑混凝土抗?jié)B高度降低了21.4%，說明復(fù)合礦物外加劑提高了自密實混凝土的抗?jié)B性能，這是由于通過幾種礦物復(fù)合使用優(yōu)化了摻礦物外加劑的膠凝材料的顆粒級配，降低了水泥石的孔隙率，使得水泥石結(jié)構(gòu)更加致密，因此復(fù)合礦物外加劑可改善混凝土的抗?jié)B性。

實驗研究了復(fù)合礦物外加劑對自密實混凝土抗凍融性能的影響，結(jié)果見表11。

從表11可以看出，摻復(fù)合礦物外加劑的自密實混凝土抗凍性能相較于基準混凝土，抗凍融性能明顯提升。經(jīng)過150次凍融循環(huán)后，基準混凝土動彈模量損失13.7%，質(zhì)量損失率為1.4%;摻復(fù)合礦物外加劑的混凝土動彈模量損失10.3%，質(zhì)量損失率為0.6%。由此可見，摻復(fù)合礦物外加劑的抗凍融性有明顯提高。

試驗結(jié)果表明，使用復(fù)合礦物外加劑提高了自密實混凝土的耐久性能，這是由于幾種礦物組分復(fù)合使用后，通過“自緊密堆積效應(yīng)”和“形狀因子效應(yīng)”等協(xié)同效應(yīng)，形成細觀層次的自緊密體系，可通過微集料作用填充水泥顆粒間隙，可使得水泥石形成的結(jié)構(gòu)更加致密，因而摻加復(fù)合礦物外加劑的自密實混凝土具有較好的耐久性能。[7]

結(jié)語

（1）復(fù)合礦物外加劑的最佳工藝條件為：礦粉用量15%、硅灰用量10%、微珠用量10%、丙基甲基纖維素用量2‰。性能分析試驗表明：摻加所研制的復(fù)合礦物外加劑的自密實混凝土具有較好的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能。

（2）使用礦物摻和料和高分子材料進行復(fù)配，得到一種自密實混凝土用的復(fù)合礦物外加劑。該產(chǎn)品加入混凝土中可以優(yōu)化膠凝材料的顆粒級配，提高密實度，降低塑性黏度，提高自密實混凝土的流變性能。

（3）通過加入丙基甲基纖維素用量，在混凝土中形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善漿體和骨料之間的包裹性能，提高混凝土的黏聚性，解決離析、泌水和表面浮漿問題。

參考文獻：

[1]葉煥.自密實混凝土的流變性能及其對分層澆筑的影響[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[2]陳懷軍，孫金鑫.粉煤灰—礦粉復(fù)摻自密實混凝土試驗研究[J].山西建筑，2014，40（28）：123-124.

[3]徐林強.摻增粘劑對自密實混凝土性能的影響[D].浙江：浙江工業(yè)大學(xué)，2015.

[4]王國棟.增粘劑對混凝土性能的影響研究[D].北京：北京建筑大學(xué)，2013.

[5]葉群山.礦物外加劑早期水化過程中的物理和化學(xué)效應(yīng)[D].武漢：武漢大學(xué)，2005.

[6]劉原.火山渣輕骨料混凝土的性能及應(yīng)用研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2015.

[7]張雄，吳科如.礦物外加劑作用機理及其關(guān)鍵技術(shù)[J].同濟大學(xué)學(xué)報，2004（32）4：494-498.

作者簡介：李茜茜（1988—?），女，石家莊人，碩士，工程師，研究方向：建筑材料。