陳景，劉永道，黃海珂

（中建商品混凝土成都有限公司，四川　成都　610052）

增效劑混凝土配合比優(yōu)化及應(yīng)用

陳景，劉永道，黃海珂

（中建商品混凝土成都有限公司，四川成都610052）

本文研究了增效劑對(duì)不同種類(lèi)水泥及粉煤灰摻合料的混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響，優(yōu)化出了增效劑混凝土的生產(chǎn)配合比并進(jìn)行中試生產(chǎn)應(yīng)用。結(jié)果表明：增效劑對(duì)不同種類(lèi)水泥、粉煤灰等混凝土原材料的適應(yīng)性差異較大，選擇合適的膠凝材料體系和增效劑，在保證混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度前提下，可降低水泥用量 30kg/m3以上；采用增效劑進(jìn)行混凝土生產(chǎn)時(shí)，混凝土性能均滿(mǎn)足生產(chǎn)和施工要求，但其對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量控制要求較高，必須嚴(yán)格控制用水量，保證原材料的質(zhì)量穩(wěn)定性。

混凝土增效劑；工作性能；抗壓強(qiáng)度；中試應(yīng)用

0　前言

混凝土是目前使用量最為廣泛的建筑材料，在建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)背景下，其正向低碳、綠色化發(fā)展。若采用更加合理的膠凝材料體系，適當(dāng)減少單方混凝土水泥用量，降低混凝土生產(chǎn)成本，對(duì)商品混凝土企業(yè)具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上非常現(xiàn)實(shí)的意義。

增效劑是近幾年在建筑市場(chǎng)上推廣使用的一種新型混凝土外加劑。研究認(rèn)為將增效劑與礦物摻合料或減水劑一起摻入到水泥基材料中，在保持甚至提高水泥基材料各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上可減少水泥的用量，具有顯著節(jié)能增效的作用[1-4]。然而，增效劑的推廣應(yīng)用過(guò)程中存在一些問(wèn)題，有的使用增效劑后混凝土性能變差、強(qiáng)度降低，有的膠凝材料用量降幅不明顯等。因此，針對(duì)增效劑使用過(guò)程中的存在的問(wèn)題，進(jìn)一步合理科學(xué)的使用增效劑，本文研究了增效劑對(duì)混凝土膠凝材料的適應(yīng)性，以?xún)?yōu)化出增效劑混凝土生產(chǎn)配合比，并進(jìn)行中試生產(chǎn)應(yīng)用，考察增效劑混凝土的質(zhì)量控制方法，指導(dǎo)攪拌站進(jìn)行增效劑混凝土生產(chǎn)。

1　原材料及試驗(yàn)

1.1主要原材料

P?O42.5R 水泥，基本性能見(jiàn)表 1；I 級(jí)粉煤灰，密度2.49g/cm3，細(xì)度 6.1%，燒失量 2.1%，需水量比 92%；II 級(jí)粉煤灰，細(xì)度 13.9%，燒失量 4.6%，需水量比 98%；青砂，細(xì)度模數(shù) 1.7，MB 值 1.0，篩余 6.7%；機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù) 2.7，MB 值 1.2，篩余 9.8%；成都當(dāng)?shù)禺a(chǎn)卵碎石，連續(xù)級(jí)配，最大粒徑 31.5mm，壓碎值 8.0%；公司自產(chǎn)聚羧酸高性能減水劑，固含量 10.5%，減水率 25%；增效劑 I，半透明液體，比重 1.05g/m3，摻量為膠凝材料質(zhì)量的 0.8%～1.2%；增效劑 II，半透明液體，比重 1.03g/m3，摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.6%～1.0%。

表1　水泥基本性能

1.2試驗(yàn)方法

不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土基準(zhǔn)生產(chǎn)配合比如表 2 所示。測(cè)試混凝土的工作性能和 1.5h 工作性能及各齡期（7d、28d、56d）抗壓強(qiáng)度。混凝土工作性能具體測(cè)試方法按照GB/T 50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》執(zhí)行；抗壓強(qiáng)度試件尺寸為邊長(zhǎng) 100mm 的立方體試塊，具體測(cè)試方法按照 GB/T 50081-2002 《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》 執(zhí)行。

表2　不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土基準(zhǔn)配合比　　　kg/m3

2　試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1增效劑對(duì)不同種類(lèi)水泥的混凝土性能的影響

增效劑種類(lèi)繁多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，與其它混凝土外加劑一樣，可能與水泥等混凝土原材料存在相容性問(wèn)題。因此，以 C30 混凝土為基準(zhǔn)，研究了增效劑對(duì)不同種類(lèi)水泥的混凝土性能的影響。配合比中保證混凝土容重不變，摻增效劑的混凝土中水泥和粉煤灰分別降低 20kg/m3和 10kg/m3，而分別提高碎石和機(jī)制砂的用量，增效劑摻量為膠材總量的0.8%。

表3　不同水泥的增效劑混凝土工作性能

從表 3 可以看出，與基準(zhǔn)混凝土相比，采用增效劑的混凝土其減水劑摻量均高于基準(zhǔn)混凝土，用水量普遍降低10kg/m3，可能會(huì)提高生產(chǎn)質(zhì)量控制難度。從混凝土拌合物工作性來(lái)看（表 3），與增效劑 I 相比，增效劑 II 與采用拉法基水泥的混凝土適應(yīng)性良好，其減水劑摻量略低，混凝土拌合物初始坍落度和擴(kuò)展度與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)，包裹性較好，并無(wú)離析泌水現(xiàn)象，1.5h 坍落度和擴(kuò)展度損失也與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)，甚至略好于基準(zhǔn)混凝土。與上述現(xiàn)象相反的是，在采用亞?wèn)|水泥的混凝土中，增效劑I的適應(yīng)性?xún)?yōu)于其它增效劑，其混凝土拌合物和易性較好。采用蘭豐水泥的混凝土中，不論采用增效劑 I 還是增效劑 II，均表現(xiàn)出不適應(yīng)性，與基準(zhǔn)混凝土相比，外加劑摻量較高，且混凝土拌合物的粘度大，包裹性差。

從混凝土硬化強(qiáng)度來(lái)看（圖 1），雖然摻與不摻增效劑的混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求，但增效劑在不同水泥的混凝土中的增效效果存在明顯差異。采用拉法基水泥配制混凝土?xí)r，增效劑混凝土早期強(qiáng)度（7d）均與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)，但后期抗壓強(qiáng)度差異明顯，采用增效劑II的混凝土后期強(qiáng)度明顯高于其他混凝土抗壓強(qiáng)度。與之不同的是，采用亞?wèn)|水泥配制混凝土?xí)r，增效劑混凝土 3d 抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)相當(dāng)，養(yǎng)護(hù) 7d 后，增效劑 I 的混凝土抗壓強(qiáng)度略高于基準(zhǔn)混凝土，顯著高于增效劑II的混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度。

綜合表 3 和圖 1 的試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，不同種類(lèi)增效劑對(duì)混凝土原材料的適應(yīng)性差異較大，在進(jìn)行增效劑混凝土生產(chǎn)或者原材料發(fā)生變動(dòng)時(shí)需進(jìn)行試配確定增效劑種類(lèi)和增效效果。

圖1　不同水泥的增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度曲線(xiàn)

2.2增效劑對(duì)不同水泥用量的混凝土性能的影響

以 C30、C50 混凝土為基準(zhǔn)，研究減少水泥用量20kg/m3、30kg/m3、40kg/m3的條件下，不同強(qiáng)度等級(jí)增效劑混凝土的工作性能及抗壓強(qiáng)度，增效劑摻量為膠材總量的0.8%，基本工作性能如表 4 所示。

表4　摻增效劑的不同水泥用量的混凝土配合比及基本工作性能

從表 4 中可知，C30 低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中，當(dāng)水泥用量降幅在 30kg/m3以?xún)?nèi)時(shí)，增效劑混凝土的和易性與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)，其坍落度和擴(kuò)展度并無(wú)明顯差異，工作性能良好。隨著水泥用量的進(jìn)一步降低，當(dāng)水泥用量降低 40kg/m3時(shí)，摻增效劑的混凝土初始工作性能變差，粘聚性和保水性較差，泌水嚴(yán)重。與低強(qiáng)度等級(jí)混凝土不同的是，C50 高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中，隨著水泥用量降低，增效劑混凝土和易性良好，其坍落度和擴(kuò)展度與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)，即使是水泥用量降低至 40kg/m3，混凝土仍具有較好的工作性，但粘度略大，流速相對(duì)略慢。說(shuō)明，在低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中，摻入增效劑并不能無(wú)限降低水泥用量，在降低水泥用量的同時(shí)需滿(mǎn)足膠凝材料用量不低于完全包裹集料的最低膠凝材料用量，否則混凝土和易性變差，粘度較高，易泌水。

圖 2 為不同水泥降幅的 C30 和 C50 增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度曲線(xiàn)。從圖中明顯可知，采用增效劑的 C30 混凝土，隨著水泥用量的降低，其抗壓強(qiáng)度下降，但水泥用量降低范圍在30kg/m3以?xún)?nèi)時(shí)，各齡期混凝土抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)相當(dāng)，甚至略高于基準(zhǔn)的抗壓強(qiáng)度；進(jìn)一步降低水泥用量，增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度降低，特別是后期強(qiáng)度降低更加顯著。與 C30 增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展類(lèi)似，在 C50 增效劑混凝土中，隨著水泥用量的降低，混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。但水泥用量降幅在 30kg/m3以?xún)?nèi)時(shí)，增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土，當(dāng)水泥用量降低至 40kg/m3時(shí)，其各齡期抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)相當(dāng)。綜合表 4 和圖 2 的試驗(yàn)結(jié)果，在不影響混凝土和易性和施工性能及抗壓強(qiáng)度情況下，并考慮綜合成本，摻入增效劑的低強(qiáng)度混凝土中的水泥降幅宜為 30kg/m3；C50以上高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中可略微增加水泥的降低幅度，其水泥降幅可為 40kg/m3。

圖2　不同水泥降幅的 C30、C50增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度曲線(xiàn)

2.3增效劑對(duì)粉煤灰摻合料混凝土性能的影響

在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，粉煤灰是使用量最為廣泛的混凝土摻合料，特別是在低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中，大多采用 I 級(jí)粉煤灰或者 II 級(jí)粉煤灰作為混凝土摻合料使用。因此，以C40 混凝土為基準(zhǔn)配合比，研究了增效劑對(duì)不同粉煤灰摻合料體系的混凝土性能的影響，具體配合比及基本性能見(jiàn)表 5。

從表 5 中可知，采用 I 級(jí)粉煤灰和 I 級(jí)粉煤灰與 II 級(jí)粉煤灰復(fù)摻體系的增效劑混凝土和易性良好，其初始坍落度、擴(kuò)展度與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)，1.5h 坍落度與擴(kuò)展度損失略小于基準(zhǔn)混凝土。特別是在 I 級(jí)粉煤灰與 II 級(jí)粉煤灰復(fù)合體系的混凝土中，摻增效劑的混凝土包裹性?xún)?yōu)于基準(zhǔn)混凝土，無(wú)需摻入青砂即能保證混凝土的工作性能。與純 I 級(jí)粉煤灰體系和 I級(jí)粉煤灰與 II 級(jí)粉煤灰復(fù)摻體系相比，在純 II 級(jí)粉煤灰體系中，摻入增效劑的混凝土雖然初始擴(kuò)展度大于基準(zhǔn)混凝土，但其拌合物包裹性較差，泌水嚴(yán)重。說(shuō)明，增效劑對(duì)粉煤灰摻合料也存在適應(yīng)性，對(duì) II 級(jí)粉煤灰的適應(yīng)性較差，在制備增效劑混凝土?xí)r，增效劑不宜用于 II 級(jí)粉煤灰的混凝土體系。

表5　不同粉煤灰摻合料體系的增效劑混凝土配合比及基本性能　　kg/m3

從抗壓強(qiáng)度來(lái)看（圖 3）， I 級(jí)粉煤灰摻合料體系與 II級(jí)粉煤灰摻合料體系的混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)略有差異，I 級(jí)粉煤灰體系的混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度略低，后期 56d 抗壓強(qiáng)度高于 II 級(jí)粉煤灰體系的混凝土抗壓強(qiáng)度。但從增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展來(lái)看，不同粉煤灰摻合料體系中的增效劑混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度均與基準(zhǔn)相當(dāng)。雖然在不同粉煤灰摻合料的混凝土體系中，增效劑混凝土的抗壓強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)與基準(zhǔn)混凝土無(wú)明顯差異，甚至 28d 抗壓強(qiáng)度還略高于基準(zhǔn)混凝土，然而綜合考慮 II 級(jí)粉煤灰混凝土的工作性能，若生產(chǎn)控制水平不高，在 II 級(jí)粉煤灰摻合料體系，謹(jǐn)慎采用增效劑配制混凝土。

圖3　不同粉煤灰體系的增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度曲線(xiàn)

3　試驗(yàn)應(yīng)用

3.1增效劑混凝土生產(chǎn)配合比確定

通過(guò)上述增效劑對(duì)不同水泥和粉煤灰摻合料體系的混凝土工作性和抗壓強(qiáng)度的影響研究可知，針對(duì)原材料來(lái)選擇合適的增效劑可進(jìn)一步優(yōu)化配合比：C30 以上可降低水泥用量30kg/m3；采用 I 級(jí)粉煤灰體系或者 I 級(jí)粉煤灰與 II 級(jí)粉煤灰復(fù)摻體系，在用水量降低 10～15kg/m3下均可獲得綜合性能良好的增效劑混凝土。因此，根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，選擇 3 個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行增效劑混凝土中試應(yīng)用。綜合各站原材料情況，通過(guò)大量試配，最終確定了各站點(diǎn)的增效劑混凝土配合比，1# 站點(diǎn)不同強(qiáng)度等級(jí)的增效劑混凝土配合比中已降低 30kg/m3水泥，2# 和 3# 站點(diǎn)已降低 20kg/m3水泥和 10kg/m3粉煤灰，具體配合比見(jiàn)表 6。

表6　各站點(diǎn)增效劑混凝土生產(chǎn)配合比　　　kg/m3

3.2增效劑混凝土工作性能對(duì)比分析

從表 7 中三個(gè)站點(diǎn)取樣混凝土的初始坍落度和擴(kuò)展度及工作性損失來(lái)看，與前期試驗(yàn)結(jié)果存在顯著不同，各站點(diǎn)生產(chǎn)的增效劑混凝土工作性差異較為明顯。1# 站點(diǎn)各強(qiáng)度等級(jí)增效劑混凝土工作性良好；2# 站點(diǎn)低強(qiáng)度等級(jí)的增效劑混凝土和易性略差，略微泌水，高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土粘度較大；3# 站點(diǎn)各強(qiáng)度等級(jí)的增效劑混凝土粘度略高。

但從現(xiàn)場(chǎng)施工性能來(lái)看，雖然各個(gè)站點(diǎn)生產(chǎn)的增效劑混凝土初始工作性能存在一定的差異，但 1.5h 工作性損失均不大，混凝土到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后均能滿(mǎn)足泵送施工要求。值得注意的是，對(duì)于粘度較大的增效劑混凝土，為保證其泵送施工質(zhì)量，降低堵管風(fēng)險(xiǎn)，宜用于低層施工。

表7　不同強(qiáng)度等級(jí)增效劑混凝土工作性能

3.3各強(qiáng)度等級(jí)增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比分析

從取樣強(qiáng)度來(lái)看，各站點(diǎn)不同強(qiáng)度等級(jí)的增效劑混凝土，各齡期抗壓強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但與同期普通混凝土抗壓強(qiáng)度差異明顯。三個(gè)站點(diǎn)的 C40 及以下強(qiáng)度等級(jí)的增效劑混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度均低于普通混凝土的抗壓強(qiáng)度；C40以上增效劑混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度與普通混凝土的抗壓強(qiáng)度相當(dāng)，甚至高于普通混凝土的抗壓強(qiáng)度。從 7～28d 抗壓強(qiáng)度發(fā)展來(lái)看，除 C50 增效劑混凝土的強(qiáng)度發(fā)展值高于普通混凝土外，其余強(qiáng)度等級(jí)的增效劑混凝土的 7～28d 抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)值普遍低于普通混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)值。然而，對(duì)比增效劑混凝土試配強(qiáng)度與取樣強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，增效劑混凝土的各齡期試配強(qiáng)度顯著高于取樣強(qiáng)度。

表8　不同站點(diǎn)增效劑混凝土生產(chǎn)取樣強(qiáng)度分析

分析增效劑混凝土強(qiáng)度下降的原因，可能與生產(chǎn)過(guò)程中用水量無(wú)法準(zhǔn)確控制有關(guān)。一般認(rèn)為普通混凝土的強(qiáng)度受控于水灰比，用水量增加會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降[5]。因此，為檢定增效劑混凝土強(qiáng)度變化因素，對(duì)增效劑混凝土生產(chǎn)過(guò)程中的用水量進(jìn)行了監(jiān)控。

表 9 為增效劑混凝土用水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。從表中可以看出不同強(qiáng)度等級(jí)的增效劑混凝土單方用水量最低值為 144kg，與生產(chǎn)配合比上設(shè)計(jì)用水量相當(dāng)，但其用水量平均值均在150kg 以上，最高值甚至高達(dá) 162.1kg，單方用水量超出設(shè)計(jì)值 5～17.1kg 不等。分析其用水量增加原因可能包括兩個(gè)方面：一方面，生產(chǎn)過(guò)程中砂石的含水率波動(dòng)較大，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定砂石的含水率，從而增大混凝土的實(shí)際用水量；另一方面，增效劑混凝土的粘度高于普通混凝土，一般為降低混凝土的粘度會(huì)增大混凝土的用水量。再加上在較低用水量下增效劑混凝土的粘度增加，到施工現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)工人為加快施工進(jìn)度，一般會(huì)私自加水。也就是說(shuō)為保證混凝土的和易性和施工性能，增效劑混凝土的實(shí)際用水量普遍高于設(shè)計(jì)用水量，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土各齡期強(qiáng)度下降，后期強(qiáng)度的發(fā)展速率降低。

表9　增效劑所生產(chǎn)混凝土用水量監(jiān)測(cè)

綜合增效劑混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度等測(cè)試結(jié)果也進(jìn)一步說(shuō)明，增效劑對(duì)用水量比較敏感，用水量減小，增效劑混凝土拌合物的粘度增大，工作性略差，增加施工難度；用水量增加，低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土拌合物易離析泌水，硬化混凝土各齡期強(qiáng)度也會(huì)降低，強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度下降。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，采用增效劑進(jìn)行混凝土生產(chǎn)時(shí)，為保證混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度必須嚴(yán)格控制用水量，及時(shí)檢測(cè)砂石的含水率。

4　結(jié)論

（1）不同種類(lèi)增效劑對(duì)生產(chǎn)原材料的適應(yīng)性差異較大，在進(jìn)行增效劑混凝土生產(chǎn)時(shí)，需根據(jù)原材料及其變化進(jìn)行試配確定增效劑種類(lèi)。

（2）通過(guò)選擇合適的增效劑并進(jìn)行配合比的優(yōu)化，在保證混凝土綜合性能與原生產(chǎn)配比相同甚至略有提高的情況下，各強(qiáng)度等級(jí)的混凝土中可降低水泥用量 8%～13%。

（3）增效劑混凝土的性能能滿(mǎn)足生產(chǎn)和施工要求，但增效劑對(duì)用水量和原材料比較敏感，若采用增效劑進(jìn)行混凝土生產(chǎn)時(shí)，需要較高的生產(chǎn)控制條件，必須嚴(yán)格控制用水量和原材料的穩(wěn)定性，以保證混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度。

[1] 陳志杰，胡鵬飛，劉衍行．BTL混凝土強(qiáng)效劑的應(yīng)用研究[J]．混凝土，2013，282(12)： 83-85．

[2] 趙家聲．CTF 混凝土增效劑的應(yīng)用研究[J]．商品混凝土，2013(7)：48-50．

[3] 葛挺林．用增效劑優(yōu)化混凝土配合比[J]．商品混凝土，2010( 11)：36-39．

[4] 劉娟紅，文燁．LSY 混凝土增效劑對(duì)水泥基材料性能的影響研究[J]．混凝土世界，2012，42(12)：70-74．

[5] 李亞青，郭文虎．談水灰比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響[J]．山西建筑，2012(32)：128-130．

［通訊地址］成都市成華區(qū)龍?zhí)端陆ㄔO(shè)村 5 組中建商品混凝土成都有限公司技術(shù)中心（610052）

Study on optimization of concrete mix proportion with synergist and application

Chen Jing,Liu Yongdao, Huang Haike
(China Construction Ready Mixed Concrete Chengdu Co., Ltd., Chengdu610052)

In order to use the concrete synergist in scientific and reasonable relatively, effect of concrete synergist on the workability and compressive strength of concrete with different cement type and fly ash admixture system were studied. Results shown that the adaptability of synergist to the different cement type and fly ash admixture system make a great difference. It could be reduce more than 30kg/m3cement when choosing suitable cemetitious materials and synergist. When using synergist for concrete produce, the performance of all the synergist concrete can meet the production and construction requirements. However, it need higher demand on production quality control for synergist concretes. It must strictly control the amount of water and ensure the quality and stability of concrete materials.

concrete synergist; workability; compressive strength; pilot application

陳景（1981-），男，碩士，工程師，主要從事預(yù)拌混凝土及混凝土制品的研究。