夏貞勇，黃成，朱蓬萊，牛茂威，張津踐

（1.杭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，浙江 杭州 310018；2.杭州大江東產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)規(guī)劃國土建設(shè)局，浙江 杭州 311225；3.杭州來寶得新材料科技有限公司，浙江 杭州 311107）

混凝土增效劑對碎屑混凝土性能的影響

夏貞勇1，黃成2，朱蓬萊3，牛茂威3，張津踐3

（1.杭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，浙江 杭州 310018；2.杭州大江東產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)規(guī)劃國土建設(shè)局，浙江 杭州 311225；3.杭州來寶得新材料科技有限公司，浙江 杭州 311107）

混凝土增效劑能減少膠凝材料用量，保持混凝土各項(xiàng)性能不降低甚至有所提高。通過調(diào)整配比，研究了混凝土增效劑對碎屑混凝土性能和微觀形貌的影響。結(jié)果表明，摻加增效劑后，在減少水泥用量的同時，能有效改善混凝土的工作性能；混凝土的早期強(qiáng)度與基準(zhǔn)相當(dāng)，后期有所提高；早期收縮略大，后期收縮趨緩；電通量下降，抗?jié)B性能有所提高?；炷猎鲂┠軌騼?yōu)化混凝土的微觀形貌，增加混凝土密實(shí)度，混凝土增效劑在碎屑混凝土中應(yīng)用完全可行，能夠提高混凝土原材料的使用效率。

混凝土增效劑；碎屑混凝土；工作性能；收縮；抗?jié)B性

0 引言

混凝土作為使用量最大宗的建筑材料，廣泛應(yīng)用于城市基礎(chǔ)設(shè)施、水利工程、鐵路及海洋工程等的建設(shè)，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起到重要作用，2015年我國混凝土生產(chǎn)量超過30億m3[1]。砂石骨料作為混凝土強(qiáng)度的重要組分，約占混凝土原材料總量的70%以上，需求量巨大，長期以來利益的驅(qū)動使得天然砂石的處于亂開亂采狀態(tài)，天然砂石資源日益枯竭，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)無砂可采的局面，供需矛盾十分突出，因此探索并合理利用天然砂石的替代原料成為混凝土技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

人工砂石的應(yīng)用拓展了混凝土原材料的來源，國家也制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2]。碎屑是礦山開采后的廢料，一般占碎石產(chǎn)量的20%～30%，碎屑的粗放堆置占用大量耕地，也給砂石企業(yè)的生產(chǎn)帶來了麻煩。通過將碎屑進(jìn)行有效篩分、加工，可制成人工砂，由于形成因素的原因，通常生產(chǎn)的碎屑棱角分明、細(xì)度模數(shù)較大、石粉含量較高，且有地區(qū)差異性[3-4]。為了促進(jìn)碎屑在混凝土中的應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量卓有成效的研究，并成功應(yīng)用于一些大型基建工程如日本明石海峽吊橋、我國水柏鐵路工程等[5-6]，與之相適應(yīng)的混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)也日益成熟?；炷猎鲂┳鳛榻陙硇屡d的外加劑，能夠在減少混凝土膠凝材料用量的同時，通過促進(jìn)水泥漿體的分散，保持混凝土工作性能和強(qiáng)度等性能不降低，為混凝土企業(yè)節(jié)省成本，節(jié)能增效，得到商混生產(chǎn)企業(yè)的推崇[7]，但混凝土增效劑在碎屑混凝土中的應(yīng)用研究還比較滯后。

本文選取C30和C40兩種常用等級混凝土為研究對象，通過碎屑與細(xì)砂進(jìn)行復(fù)配得到合理級配的混合砂，研究增效劑對碎屑混凝土工作性能、力學(xué)性能和滲透性能的影響，并對摻加增效劑的混凝土進(jìn)行SEM分析，以期為增效劑在碎屑混凝土中的應(yīng)用提供理論和實(shí)踐參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：杭州南方P·O42.5水泥，比表面積359 m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量27.0%；粉煤灰：Ⅱ級灰，浙江天達(dá)環(huán)保公司生產(chǎn)；礦粉：S95級，來源于張家港恒昌新型建材公司。水泥的基本物理力學(xué)性能見表1，水泥、粉煤灰和礦粉的化學(xué)成分見表2。

表1 水泥的基本物理力學(xué)性能

表2 水泥、粉煤灰和礦粉的化學(xué)成分%

混凝土增效劑：輔助性功能添加劑，來自杭州來寶得新材料科技有限公司，其主要物質(zhì)組成（質(zhì)量百分比）見表3，主要控制檢測指標(biāo)見表4。

表3 混凝土增效劑的主要物質(zhì)組成%

表4 LBD型混凝土增效劑勻質(zhì)性指標(biāo)

石子：5～25 mm碎石，含泥量0.6%，壓碎指標(biāo)6.4；砂：碎屑和細(xì)砂，其主要性能指標(biāo)見表5。

表5 碎屑和細(xì)砂的主要性能指標(biāo)

萘系減水劑：浙江五龍，減水率約為20%。

水：自來水。

1.2 試驗(yàn)配合比

為了研究增效劑對碎屑混凝土性能的影響，試驗(yàn)采用C30和C40兩種強(qiáng)度等級的混凝土，基準(zhǔn)組采用企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)配合比，摻入細(xì)砂調(diào)整集料級配，通過控制混凝土坍落度確定摻入增效劑后的用水量，盡量使對比前后混凝土水膠比基本保持一致。根據(jù)增效劑生產(chǎn)廠家建議，增效劑摻量為膠凝材料總質(zhì)量的0.6%，具體試驗(yàn)配合比見表6。

表6 碎屑混凝土的具體配合比kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法

（1）混凝土拌和物坍落度和擴(kuò)展度、含氣量等工作性能參照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。

（2）混凝土抗壓強(qiáng)度參照GB/T 50081—2001《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試。

（3）采用接觸法測試混凝土不同齡期的收縮變形。按照混凝土配比成型尺寸為100 mm×100 mm×515 mm的棱柱體試件，每組3塊，并預(yù)埋測頭，帶模養(yǎng)護(hù)1 d后脫模，放置溫度為（20±2）℃、相對濕度為95%的養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測試不同齡期的混凝土收縮率。

（4）混凝土的抗?jié)B性用電通量表征，根據(jù)CCES 01—2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》，采用ASTM C1202電量法將養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期的混凝土試塊切割成φ100 mm×50 mm的圓柱體試樣，每組3個樣品。利用真空飽水飽鹽裝置將試樣進(jìn)行真空飽水，負(fù)極夾具中加入3%的NaCl溶液，正極夾具中加入0.3 mol/L的NaOH溶液，測試混凝土的電通量值。

（5）利用TESCAN VEGA2 LMU型掃描電鏡觀測水化產(chǎn)物的微觀形貌，掃描電鏡加速電壓0.2～30 kV，電子束電流1 pA～2 μA。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 增效劑對碎屑混凝土工作性能的影響

混凝土工作性能的好壞直接影響混凝土成型的勻質(zhì)性，也會影響硬化后的建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與耐久性，本試驗(yàn)測試了混凝土增效劑對混凝土拌和物工作性能的影響。同時，為了綜合評價(jià)拌和物的施工性，測試了混凝土從倒坍落度桶中流出的時間（倒坍時間），測試結(jié)果見表7。

表7 增效劑對混凝土拌和物工作性能的影響

水泥是混凝土主要的膠凝材料，水化過程中伴隨著能勢壁壘的形成與突破，約20%的水泥未能充分水化，僅起填充作用，混凝土增效劑中含有醇胺類物質(zhì)的氨基基團(tuán)的電負(fù)性能夠增強(qiáng)粉體顆粒表面的靜電斥力，使得水泥漿體的分散性增強(qiáng)[8]。水泥漿體對集料的包裹性提高，同時增效劑適量的引氣作用，使得混凝土拌和物的和易性改善。碎屑細(xì)度模數(shù)較大，石粉含量較高，對混凝土外加劑的吸附量增加。但由表7可見，增效劑在減水劑摻量比例相同時能夠使混凝土坍落度和擴(kuò)展度大幅增加，混凝土施工性能得到有效改善，同時，當(dāng)水泥用量減少10%時，混凝土依然可以保持良好的工作性能，說明混凝土增效劑與減水劑及其它原材料適應(yīng)性良好。

2.2 增效劑對碎屑混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

混凝土增效劑的加入在減少水泥用量的同時，依然可以保持甚至改善碎屑混凝土的工作性能，對混凝土的強(qiáng)度也會產(chǎn)生相應(yīng)影響。摻入增效劑后，C30、C40碎屑混凝土的強(qiáng)度分別見圖1和圖2。

圖1 摻入增效劑后C30碎屑混凝土的抗壓強(qiáng)度

圖2 摻入增效劑后C40碎屑混凝土的抗壓強(qiáng)度

圖1和圖2顯示，對2種不同強(qiáng)度等級的碎屑混凝土，摻入增效劑后試件的3 d和7 d抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)碎屑混凝土相當(dāng)。在膠凝材料減少下，摻入增效劑的C30和C40混凝土28d抗壓強(qiáng)度都要高于基準(zhǔn)碎屑混凝土，后期強(qiáng)度發(fā)展良好。這可能是因?yàn)榛炷猎鲂┑募尤胧沟盟酀{體分散均勻，對集料的界面包裹能力增強(qiáng)，碎屑中包含的石粉可以提高混凝土拌和物的黏聚性，拌和物澆筑狀態(tài)的改善促進(jìn)了膠凝材料的水化硬化。有研究發(fā)現(xiàn)[9]，混凝土增效劑能夠激發(fā)礦物摻合料的活性，使混凝土后期強(qiáng)度有所提高，本文試驗(yàn)結(jié)果也印證了這一點(diǎn)。

2.3 增效劑對碎屑混凝土體積穩(wěn)定性的影響

混凝土由于自身水化、干濕交替和溫度變化等原因會產(chǎn)生體積收縮，碎屑混凝土石粉含量較高，比表面積較大，吸水率高，因此在水分不足時也更容易產(chǎn)生收縮[10]。為了研究增效劑對碎屑混凝土收縮的影響，對成型后的混凝土試件體積變化情況進(jìn)行測試，結(jié)果分別見圖3、圖4。

圖3 摻入增效劑后C30混凝土的體積收縮率

圖4 摻入增效劑后C40混凝土的體積收縮率

水泥在加水拌和后，水泥中的熟料礦物快速參與反應(yīng)生成C-S-H凝膠、Ca（OH）2和鈣礬石，形成致密的膠凝結(jié)構(gòu)，生成的鈣礬石能夠部分補(bǔ)償混凝土收縮。從圖3、圖4可以看出，摻入增效劑后的混凝土21 d前的收縮率要略高于基準(zhǔn)碎屑混凝土，這可能是混凝土增效劑使用時降低了水泥用量，使得膠凝材料水化產(chǎn)物補(bǔ)償混凝土收縮值降低。但同時也可以看出，加入增效劑后，混凝土28 d之后的收縮值收窄，且趨于穩(wěn)定。這可能是混凝土增效劑在后期激發(fā)了礦物摻合料的活性，促進(jìn)其二次水化，使得混凝土增效劑的加入一定程度上抑制了混凝土的整體收縮[11]。

2.4 增效劑對碎屑混凝土抗?jié)B性能的影響

混凝土結(jié)構(gòu)在服役的過程中由于自身致密性因素常會受到外界不良環(huán)境的侵蝕而造成耐久性不良，因此通常把混凝土的抗?jié)B性能作為評價(jià)混凝土耐久性的重要指標(biāo)。電通量法是測試和評價(jià)混凝土抗?jié)B性能的常用手段，增效劑對碎屑混凝土抗?jié)B性能的影響見表8。

表8 摻入混凝土增效劑后碎屑混凝土的電通量

混凝土增效劑中的醇胺類物質(zhì)能夠增強(qiáng)顆粒之間的電負(fù)性，顆粒之間的分散性增強(qiáng)，水化后的水泥漿體均化性提高[7]。另外，增效劑中的納米SiO2能夠更加有效地吸附水化產(chǎn)物中的Ca（OH）2等礦物，有效改善反應(yīng)界面，增加混凝土的密實(shí)度[12]。由表8可見，摻入混凝土增效劑后，C30和C40兩種強(qiáng)度等級混凝土28 d和60 d的電通量均有不同程度的降低，當(dāng)水泥用量減少8%時，單位面積離子通過能力大幅降低，說明混凝土增效劑的加入漿體對骨料的包裹性增強(qiáng)，密實(shí)度提高。這說明混凝土增效劑能夠在減少水泥用量的同時，依然能夠提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能，對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性有利。

3 增效劑對混凝土微觀形貌的影響

為了進(jìn)一步探究增效劑對混凝土微觀形貌的影響，取C30混凝土的2組樣品C30-0、C30-1水化28 d的試件進(jìn)行破碎、取樣，并用無水乙醇終止水化，2組試樣的SEM照片見圖5。

圖5表明，未摻增效劑的基準(zhǔn)碎屑混凝土C30-0結(jié)構(gòu)疏松多孔，致密性較差，水化程度較低，加入增效劑的碎屑混凝土C30-1致密度和水化程度大幅提高，水化產(chǎn)物之間相互膠結(jié)成致密的網(wǎng)狀體。說明混凝土增效劑能夠有效均化水化產(chǎn)物，改善漿體與骨料之間的界面，對膠凝材料水化也有一定促進(jìn)作用，進(jìn)而對混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性能等宏觀性能有利。

圖5 碎屑混凝土的SEM照片

4 結(jié)論

（1）相比基準(zhǔn)混凝土，加入混凝土增效劑后碎屑混凝土的和易性明顯改善，混凝土倒坍時間縮短，含氣量略有增加，碎屑混凝土的施工性能明顯改善。

（2）對于C30和C40兩種強(qiáng)度等級混凝土，在水泥用量降低的情況下，添加增效劑的碎屑混凝土強(qiáng)度能夠與基準(zhǔn)碎屑混凝土早期強(qiáng)度相當(dāng)，甚至后期強(qiáng)度有所提高。

（3）由于水泥用量減少，早期水泥水化產(chǎn)物對混凝土的補(bǔ)償收縮減弱，使得摻加增效劑的碎屑混凝土早期收縮有所增加。但混凝土增效劑后期通過對礦物摻合料的激發(fā)，促進(jìn)膠凝材料水化而補(bǔ)償部分收縮，使得混凝土收縮幅度變窄，且趨于穩(wěn)定。

（4）摻入混凝土增效劑后，C30和C40兩種強(qiáng)度等級混凝土28 d和60 d的電通量均有不同程度的降低，特別是當(dāng)水泥用量減少8%時碎屑混凝土的電通量下降明顯，碎屑混凝土抗?jié)B性能有所提高。

（5）SEM分析表明，相比基準(zhǔn)碎屑混凝土，摻入增效劑后混凝土的密實(shí)度大幅增加，水化程度明顯提高，水化產(chǎn)物彼此膠結(jié)，漿體與骨料界面得到改善。

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Influence of concrete synergist on performance of stone chip concrete

XIA Zhenyong1，HUANG Cheng2，ZHU Penglai3，NIU Maowei3，ZHANG Jinjian3
（1.Construction Engineering Quality and Safety Supervision Station of Hangzhou Economic and Technological Development Zone，Hangzhou 310018，China；2.Planning Bureau of Land and Construction of Hangzhou Jiangdong Industrial Zone，Hangzhou 311225，China；3.Hangzhou Lai Baode New Material Technology Co.Ltd.，Hangzhou 311107，China）

The concrete synergist can reduce the amount of cementitious material，keep the performance of the concrete not reducing or even improving.By adjusting the ratio，effect of concrete synergist on the properties of stone chip concrete and microstructure was researched.Results showed that in reducing the amount of cement，concrete synergist can also effectively improve the working performance of concrete.The early strength of concrete is comparable to that of the base，and increased slightly in later period.Shrinkage of concrete is larger in early phase，and slowed down in later period.By adding concrete synergist，concrete electric flux declines，which is beneficial to anti permeability of concrete.Concrete synergist can optimize the microstructure of concrete and increase the density of concrete.The application of the concrete synergist is feasible and can be used to improve the service efficiency of the materials.

concrete synergist，stone chip concrete，work performance，shrinkage，impermeability

TU528.042

A

1001-702X（2016）12-0046-04

2016-04-11；

2016-06-02

夏貞勇，男，1977年生，浙江杭州人，高級工程師，主要從事建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理工作。