歐陽(yáng)孟學(xué) 張凱峰 郭 艷 李艷超 趙世冉 張學(xué)杰

（1.中建商品混凝土西安有限公司，陜西 西安 710116；2.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055）

前言

隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展，作為需求量較大的建筑材料之一，混凝土的使用和發(fā)展備受關(guān)注。在保證混凝土使用質(zhì)量的情況下如何降低其生產(chǎn)成本，是混凝土行業(yè)所面臨的首要任務(wù)。研究表明，混凝土中有超過(guò)20%的水泥不能充分進(jìn)行水化反應(yīng)，只起到填充作用，因而對(duì)于未水化水泥是一種浪費(fèi)，不能充分發(fā)揮其強(qiáng)度[1]。由于常用減水劑與水泥作用機(jī)理的局限性[2]，當(dāng)減水劑摻量達(dá)到某一值時(shí)，對(duì)混凝土不再發(fā)揮其減水作用，導(dǎo)致難以保障其經(jīng)濟(jì)效益。如何在保證經(jīng)濟(jì)效益的前提下，使剩余20%的水泥發(fā)揮作用，是目前混凝土行業(yè)所面臨的重點(diǎn)難題與考驗(yàn)。經(jīng)過(guò)科研工作者的不懈努力，一種新型外加劑—增效劑（BTC）攻克了這一難題。增效劑與水泥適應(yīng)性好，并能在保證混凝土強(qiáng)度的情況下能減少水泥用量、降低生產(chǎn)成本。本文主要探討增效劑對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的工作性能、力學(xué)性能及生產(chǎn)成本的影響。

1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：采用陜西冀東海德堡扶風(fēng)水泥有限公司生產(chǎn)的盾石牌P·O42.5水泥，其主要技術(shù)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

（2）粉煤灰：采用陜西渭河電廠生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰，細(xì)度為13.6%。

（3）礦渣粉：采用陜西德龍粉體工程有限公司生產(chǎn)的S95級(jí)礦渣微粉，比表面積430m2/kg。

（4）粗集料：使用陜西涇陽(yáng)縣破碎石灰石，具體物理性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

（5）細(xì)集料：渭河中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，級(jí)配良好，含泥量1.4%，泥塊含量0.3%。

表1 水泥技術(shù)性能指標(biāo)

（6）外加劑：大連西卡建筑材料有限公司聚羧酸系高效減水劑，外觀為淡黃色透明液體，其主要技術(shù)性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

（7）增效劑：采用北京某建材公司生產(chǎn)的以聚合物為主體的高效復(fù)合添加劑，外觀為無(wú)色半透明液體，密度1.005g/cm3，堿含量0.3%。

（8）水：普通自來(lái)水。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)主要對(duì)C30-C55六個(gè)常用的強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比進(jìn)行對(duì)比試配驗(yàn)證，按照實(shí)際生產(chǎn)情況，使用固含量10%的聚羧酸系高效減水劑對(duì)混凝土配合比進(jìn)行試配驗(yàn)證，基準(zhǔn)樣與對(duì)比樣的水膠比應(yīng)相對(duì)接近、外加劑摻量應(yīng)保持一致，且混凝土拌合物工作性能應(yīng)相近。根據(jù)增效劑產(chǎn)品使用說(shuō)明，應(yīng)按照減掉膠材后剩余總膠材量的0.6%添加。

2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)使用的配合比為常用的C30-C55泵送混凝土基準(zhǔn)配合比。以C30為例，未摻BTC功能型外加劑的混凝土配合比用C30-0（基準(zhǔn)樣）來(lái)表示，C30-1（對(duì)比樣1）表示減少10%水泥用量后按照剩余總膠材量摻入0.6%增效劑，C30-2（對(duì)比樣2）表示減少15%水泥用量后按照剩余總膠材量摻入0.6%增效劑，其他強(qiáng)度等級(jí)以此類推，各配合比的水膠比均參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）[3]和回歸分析計(jì)算得到，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整部分參數(shù)，最終確定如下試驗(yàn)用混凝土配合比，見(jiàn)表4。

表2 粗集料的技術(shù)性能指標(biāo)

表3 外加劑的技術(shù)性能指標(biāo)

圖1 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土坍落度

圖2 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土擴(kuò)展度

3 結(jié)果與討論

混凝土拌合物工作性能的好壞不僅影響到澆筑施工質(zhì)量，而且響混凝土力學(xué)性能及耐久性能的發(fā)展[4]。本文對(duì)比研究了增效劑對(duì)6個(gè)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的工作性能、力學(xué)性能及生產(chǎn)成本的影響。

由不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的坍落度（見(jiàn)圖1）和擴(kuò)展度（見(jiàn)圖2）可知，分別在減少10%和15%水泥用量時(shí)，混凝土坍落度和擴(kuò)展度良好，均能保證混凝土的工作性能，且較基準(zhǔn)混凝土有所改善，這是通過(guò)增效劑與水泥微觀化學(xué)作用機(jī)理來(lái)完成的。摻入增效劑以后，分散了富余水泥顆粒并提升減水劑性能，混凝土拌合物坍落度明顯加大，和易性更好，無(wú)泌水，不離析。

分析研究6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土成型基準(zhǔn)樣與對(duì)比樣的3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度，摻入增效劑后，各強(qiáng)度等級(jí)混凝土的早、后期強(qiáng)度均有增加。對(duì)于C30-C45強(qiáng)度等級(jí)混凝土，對(duì)比組混凝土3d抗壓強(qiáng)度均與基準(zhǔn)組混凝土相當(dāng)，7d、28d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，均高于基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度值（見(jiàn)圖3中（a）、（b）、（c）、（d））；對(duì)于C50-C55強(qiáng)度等級(jí)混凝土，摻入增效劑后，對(duì)比樣混凝土3d抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)組相當(dāng)，但隨著齡期的增加，在7d、28d時(shí)摻增效劑的混凝土強(qiáng)度達(dá)到并超過(guò)基準(zhǔn)混凝土抗壓強(qiáng)度值（見(jiàn)圖3中（e）、（f））。

從圖3中還可以看出，對(duì)于C30-C45強(qiáng)度等級(jí)混凝土，減少水泥用量15%與減少10%時(shí)28d強(qiáng)度相差不大；對(duì)于C50-C55強(qiáng)度等級(jí)混凝土，減少水泥用量10%比減少15%時(shí)增加效果明顯。因此，可以認(rèn)為減少水泥用量10%～15%后，使用增效劑基本能保證混凝土工作性及力學(xué)性能。

表4 混凝土配合比

根據(jù)圖4對(duì)比分析增效劑對(duì)生產(chǎn)成本的影響可以看出，加入增效劑后，在保證混凝土具有良好的工作性能和力學(xué)性能的前提下，對(duì)比樣1和2的混凝土生產(chǎn)成本較基準(zhǔn)混凝土明顯降低，節(jié)約生產(chǎn)成本約3～5元/m3，這產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可觀。

圖3 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度

圖4 摻增效劑的不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土成本

結(jié)論

（1）增效劑與使用的水泥適應(yīng)性良好，能改善混凝土的工作性能，提高混凝土拌合物的粘聚性和可泵送性。

（2）增效劑在C30-C55等6個(gè)常用強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比中均可應(yīng)用，且不同等級(jí)的混凝土的早期及后期力學(xué)性能均有所提高。

（3）使用增效劑，在保證混凝土工作性能和力學(xué)性能基礎(chǔ)上，可減少水泥用量約10%～15%，降低了混凝土的生產(chǎn)成本。推廣使用增效劑，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] P.K. Mehta, Paulo J.M. Monteiro. 混凝土結(jié)構(gòu)、性能和材料[M]. 中國(guó)電力出版社: 2008.

[2] Y. Kazuhiro, T. Ei-ichi, K. Kenji, et.al. Adsorption characteristics of superplasticizers on cement component minerals [J]. Cement and Concrete Research, 2002, 32: 1507-1513.

[3] JGJ55-2011, 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2011.

[4] 鄒天平. 水利工程施工技術(shù)的新進(jìn)展[J]. 科技與生活, 2013, 41（8）: 176-177.