安山巖骨料混凝土及外加劑應用研究

潘金敢，黃 雷，王子龍，柏立果

(1.南京中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇 南京 211100；2.科之杰新材料集團浙江有限公司，浙江 嘉興 314100)

0 前 言

近年來，隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，安山巖作為骨料越來越廣泛地應用于混凝土生產(chǎn)中[1-3]。在瀝青混凝土中，由于安山巖表面多孔粗糙且基底粘結力強，對瀝青穩(wěn)定碎石體積影響性能的影響較小，有利于提高瀝青混凝土的低溫抗水損害性能[4]。安山巖作為骨料在水泥混凝土生產(chǎn)和應用[5]已成為了部分預拌混凝土企業(yè)面臨的技術研究課題，與常用石灰石骨料相比，安山巖骨料具有高吸水率和壓碎值離散性大的特點[6-8]，所配制的混凝土對減水劑技術要求更高，才能保證所配制混凝土的工作性良好，抗壓強度滿足設計要求，生產(chǎn)過程質(zhì)量穩(wěn)定可控。針對安山巖骨料的特點，采用新型的剛性端基抗吸附型外加劑配制高吸水率骨料混凝土，可以有效改善混凝土的拌和性能和力學性能，滿足施工要求。為解決提高普通減水劑的摻量滿足不了正常生產(chǎn)需求的問題，和滿足降低混凝土生產(chǎn)成本的要求，開發(fā)研究安山巖專用外加劑顯得尤為重要。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗原材料

試驗原材料：異戊烯基聚氧乙烯醚單體(TPEG)，來自遼寧奧克化學股份有限公司；丙烯酸(AA)，來自衛(wèi)星石化；丙烯酸聚醚磷酸酯、還原劑，來自浙江科之杰新材料浙江有限公司；過氧化氫(27%)，來自蘇州市嵐昱化工有限公司；巰基丙酸，來自上海魯瑞精細化工有限公司；水：去離子水。

水泥：南京中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰：Ⅰ級粉煤灰；礦粉：S95礦粉；砂子：混合砂，綜合細度模數(shù)為2.6。

碎石：瓜子片(G1)：5～10 mm；小碎(G2)為安徽馬鞍山地區(qū)安山巖骨料：5～31.5 mm，其骨料物理技術指標如表1所示，所檢有機物、硫化物及硫酸鹽、堅固性、壓碎指標和吸水率檢測結果符合Ⅱ、Ⅲ類碎石的技術要求，堿骨料反應(快速堿-硅酸反應)檢測結果無潛在堿-硅酸反應危害，放射性檢測結果符合建筑主體材料的技術要求；所檢項目中吸水率檢測結果不符合Ⅰ類碎石的技術要求。吸水率1.8%為Ⅱ類骨料。小碎(G3)為安徽長久石灰石骨料：5～31.5 mm。

表1 安山巖骨料的技術指標

1.2 混凝土配合比

本試驗采用的C35與C50混凝土配合比如表2所示。

表2 C35和C50混凝土配合比 kg·m-3

1.3 試驗方法

Point-400S聚羧酸外加劑合成：四口燒瓶中加入一定量的TPEG溶液和水，攪拌并升溫至50℃，加入一定量的過氧化氫，緩慢滴加還原劑、巰基丙酸、AA，反應2～4 h，加液堿中和，得到含量為40%的抗安山巖吸附的專用聚羧酸外加劑Point-400S。

骨料的巖相分析：按照歐洲標準《天然石材試驗方法—巖相分析》(EN12407：2000)確定；混凝土的工作性和力學性能按照現(xiàn)行國家標準《普通混凝土拌合物性能測試方法》(GB/T 50080—2011)和《普通混凝土力學性能測試方法》(GB/T 50081—2011)規(guī)定的試驗方法。

2 試驗結果與討論

2.1 高吸水率安山巖骨料巖相與XRD分析

采用巖相分析法，研究高吸水率的安山巖骨料的礦物組成和微觀結構，其分析結果如圖1所示。從圖1可以看出，安山巖主要的物相有長石、微晶長石、透閃石、綠泥石、磁鐵礦和方解石。圖2為安山巖XRD的分析圖，從圖2可以看出，安山巖物組類型及比例分別為：長石晶體52%、微晶長石29%、綠泥石7%、磁鐵礦4%、方解石4%、透閃石3%和分散分布的微晶石英約1%。長石晶體呈鑲嵌構造或分散分布，微晶長石、綠泥石、方解石、透閃石和磁鐵礦呈團斑狀或分散分布在長石晶體之間，少量磁鐵礦被包裹在長石晶體內(nèi)部，少量長石晶體發(fā)生了蝕變。針對微晶石英，采用堿骨料反應快速測試方法結果表明無潛在堿活性風險。

圖2 安山巖骨料的XRD圖

2.2 混凝土拌合物性能

采用Point-400H(常規(guī))外加劑，對比安山巖骨料和石灰石骨料配制C35和C50混凝土拌合物性能，測試了混凝土含氣量、坍落度、初始坍落擴展度、1 h、2 h和3 h的擴展度經(jīng)時損失(用T1、T2和T3表示)、T500時間等技術指標，結果如表1所示。結果表明，常規(guī)外加劑摻量為2.0%～2.2%時，C35和C50混凝土含氣量基本一致，約1.3%，混凝土強度等級由C35提高到C50時，混凝土的T500時間增加1 s。在初始坍落度及擴展度相近時，與石灰石骨料相比，采用安山巖骨料混凝土的擴展度的經(jīng)時損失較大，C30和C50混凝土無坍落擴展度的時間分別為3 h和2 h。說明隨混凝土中膠凝材料的提高，常規(guī)外加劑通過提高摻量已無法滿足施工要求。

通過配方優(yōu)化與調(diào)整，根據(jù)安山巖吸附的特點，配置抗泥型外加劑Point-400V，混凝土的拌合性能如表3所示。與石灰石骨料相比，摻安山巖骨料混凝土的含氣量基本一致，約1.3%，C35混凝土初始流速降低，T500時間增加1 s，C50混凝土初始流速相近。摻Point-400V抗泥型外加劑可減少2 h混凝土擴展度經(jīng)時損失，但是仍無法滿足3 h的工作性能要求。

為了解決3 h混凝土擴展度經(jīng)時損失問題，通過研究開發(fā)及工藝優(yōu)化，采用剛性端基定制化開發(fā)了一款抗安山巖吸附的專用聚羧酸外加劑Point-400S。采用該類聚羧酸外加劑配制高吸水率骨料混凝土，其C35和C50混凝土拌合物性能如表4所示。從表4中可以看出，采用Point-400S剛性端基抗吸附型外加劑能使混凝土保持3 h較好的坍落擴展度，并且混凝土T500時間在2.9～3.5 s，滿足夏季高溫施工的要求。

表2 摻Point-400H(常規(guī))外加劑混凝土的拌合性能

表4 摻Point-400V抗安山巖吸附的專用聚羧酸外加劑混凝土的拌合性能

2.3 力學性能

本文研究了3種外加劑類型對安山巖骨料和石灰石骨料混凝土的力學性能的影響，測試C35和C50混凝土7 d和28 d抗壓強度如表5～6所示。從表5～6中可以看出，與石灰石骨料相比，由于安山巖骨料的礦物組成及微觀特性，配制混凝土的抗壓強度略低，C35混凝土的7 d和28 d抗壓強度降幅分別約4.3%和1.1%。C50混凝土的7 d和28 d抗壓強度下降幅度較大，分別為6.8%和7.4%，說明大吸水率骨料更適合配制中低強度等級的混凝土。從外加劑類型上看，3種外加劑類型對C35和C50混凝土不同齡期抗壓強度的影響差異不大，抗安山巖吸附的專用聚羧酸外加劑Point-400S略高。

表5 C35混凝土抗壓強度

表6 C50混凝土抗壓強度

3 結 論

本文研究了3種外加劑對吸水率骨料配制混凝土的工作性能和力學性能的影響，通過巖相形貌和礦物組成分析，研究安山巖骨料的微觀結構，主要結論如下。

1)高吸水率安山巖骨料的礦物組成為長石晶體52%、微晶長石29%、綠泥石7%、磁鐵礦4%、方解石4%、透閃石3%和分散分布的微晶石英1%，未見白云石。

2)安山巖骨料碎石吸水率約1.8%，常規(guī)普通減水劑無法通過提高摻量滿足施工要求。

3)針對高吸水率骨料配制的混凝土，在水膠比和用水量不變的條件下，通過研究開發(fā)的抗安山巖吸附的專用聚羧酸外加劑Point-400S滿足3 h坍落擴展度無損失的施工要求，并且滿足混凝土設計強度。

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