高效減水劑和粉煤灰對混凝土性能的影響

張旭賢 牛新平 王 成 任彤彤

(塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆阿拉爾843300)

目前我國市場上高效減水劑的主流品種有萘系、脂肪族系、三聚氰胺系、聚羧酸系等[1]。研究表明，混凝土摻加萘系減水劑、脂肪族系減水劑、三聚氰胺系減水劑后的保坍性不佳;聚羧酸系減水劑的保坍性能優(yōu)異、與水泥適應(yīng)性好，但由于其因價(jià)格昂貴，使得應(yīng)用范圍受到一定的限制[2，3]。高效減水劑對水泥有強(qiáng)烈分散作用，能大大提高水泥拌和物的流動(dòng)性和混凝土坍落度，同時(shí)大幅度降低用水量，顯著改善新拌混凝土的工作性能和混凝土各齡期強(qiáng)度[4]。在摻加不同高效減水劑的混凝土中，復(fù)合兩種緩凝劑，能夠降低復(fù)合外加劑成本，提高混凝土強(qiáng)度[5]。本文通過對高效減水劑與粉煤灰的復(fù)合使用，探索高效減水劑與粉煤灰對混凝土和易性和強(qiáng)度的影響，尋求高效減水劑與粉煤灰復(fù)合使用與水泥的適應(yīng)性問題，達(dá)到降低成本的目的。

1 試驗(yàn)材料

1.1 水泥

水泥為青松建化生產(chǎn)的42.5普通硅酸鹽水泥，其品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》(GB175－1999)的相關(guān)要求。

1.2 粉煤灰

粉煤灰為阿拉爾電廠的粉煤灰。其品質(zhì)指標(biāo)見表1。檢驗(yàn)結(jié)果表明，阿拉爾電廠的粉煤灰品質(zhì)滿足《用于水泥和混凝土中粉煤灰》(GB 1596－91)Ⅱ級粉煤灰的要求。

表1 粉煤灰品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果

1.3 骨料

本次試驗(yàn)所用的骨料均是由西大橋沙場生產(chǎn)的，三種骨料的基本性能見表2。

表2 骨料的基本性能

1.4 拌和水:阿拉爾市普通居民飲用水

1.5 高效減水劑:為四川省宜賓市江海混凝土外加劑廠所生產(chǎn)的FDN－T型高效減水劑，其參數(shù)如下表3。

表3 高效減水劑指標(biāo)

2 試驗(yàn)方案

按照《水工混凝土實(shí)驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5150－2001)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。對C30、C35的混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，C30混凝土水灰比為0.51，C35混凝土水灰比為0.42，水泥均為425硅酸鹽水泥，粉煤灰摻量均為0、10%、20%、25%、30%、40%(不含外加劑時(shí)粉煤灰摻量為0、10%、20%、30%、40%)，外加劑摻量均為等質(zhì)量水泥重的0.6%、0.8%、1.0%，共42組配合比。拌合試樣檢測兩種強(qiáng)度下混凝土的坍落度，測量7天、14天、28天、56天混凝土抗壓強(qiáng)度。根據(jù)試拌混凝土的和易性、抗壓強(qiáng)度等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析高效減水劑和粉煤灰對混凝土性能的影響。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 粉煤灰對混凝性能的影響

3.1.1 粉煤灰對混凝土和易性的影響

對粉煤灰摻量為0、10%、20%、30%、40%的C35、C30兩組混凝土進(jìn)行坍落度試驗(yàn)。為使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，保持每組混凝土配合比不變，只改變粉煤灰和水泥的用量，粉煤灰等量取代水泥的比例分別為0%、10%、20%、30%、40%的混凝土試塊試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 C30、C35混凝土和易性隨粉煤灰摻量的變化圖

從圖1可看出，摻加粉煤灰對C30和C35混凝土工作性的改善十分明顯，各摻量粉煤灰混凝土的坍落度均大于基準(zhǔn)混凝土。粉煤灰取代水泥量為10%～40%時(shí)，隨著粉煤灰取代水泥量的增加，混凝土拌合物的坍落度呈上升趨勢。摻入粉煤灰增大了漿－骨比，大量的漿體填充了骨料間的孔隙，包裹并潤滑了骨料顆粒，從而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性，有效地改善拌合物的和易性[6，7]。

3.1.2 粉煤灰對混凝土抗壓強(qiáng)度影響

試驗(yàn)分C30、C35兩組，每組骨料配比不變，水泥用量隨著粉煤灰等量取代而改變。每組粉煤灰摻量依次為0、10%、20%、30%、40%，觀測7天、28天、56天抗壓強(qiáng)度如圖2和圖3所示。

由圖2、圖3可以看出，粉煤灰摻量為水泥量的10%～40%時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，C35和C30混凝土的抗壓強(qiáng)度在7 d、28 d和56 d齡期都有從增大到減小的變化趨勢，其中在20%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大，早期強(qiáng)度和長期強(qiáng)度都得到了提高，尤其是后期強(qiáng)度，表明粉煤對混凝土中后期強(qiáng)度有很大的貢獻(xiàn)[8]。對于實(shí)驗(yàn)所用的水泥和粉煤灰，粉煤灰的最佳摻量為20%較為合適。兩者的區(qū)別是對于C30的混凝土來說，齡期從28 d增加到56 d的過程中其強(qiáng)度增幅沒有C35的強(qiáng)度增幅大，說明粉煤灰摻量對于提高較高強(qiáng)度的混凝土的強(qiáng)度更為有利。

圖2 C35混凝土抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的變化圖

圖3 C30混凝土抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的變化圖

3.2 高效減水劑和粉煤灰對混凝土和易性的影響

3.2.1 高效減水劑一定粉煤灰不同摻量對混凝土和易性的影響

試驗(yàn)摻0.8%高效減水劑，試驗(yàn)分C30、C35兩組，每組骨料配比不變，水泥用量隨著粉煤灰等重量取代而改變。每組粉煤灰摻量依次為0、10%、20%、30%、40%，測量其坍落度，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，摻加0.8%的高效減水劑后，C35和C30混凝土的坍落度都隨著粉煤灰摻量的增加而增大，具有近似相同的增幅趨勢，但C35混凝土的坍落度要比C30的大一些。粉煤灰摻量為30%時(shí)，對于C30混凝土的坍落度有個(gè)突變，其原因估計(jì)是試操作有誤所致。

圖4 高效減水劑摻量相同粉煤灰不同摻量對混凝土和易性的影響

圖5 粉煤灰摻量相同高效減水劑不同摻量對凝土和易性的影響

3.2.2 粉煤灰一定高效減水劑不同摻量對混凝土和易性的影響

粉煤灰摻量為20%，高效減水劑摻量均為等質(zhì)量水泥重的0.6%、0.8%、1.0%，C30和C35混凝土的坍落度如圖5所示。由圖5可以看出，在粉煤灰摻量一定的情況下，C30和C35混凝土的坍落度都是隨著高效減水劑的摻量增加而增大，對C35混凝土的影響更大一些。

3.3 高效減水劑和粉煤灰對混凝土強(qiáng)度的影響

3.3.1 高效減水劑一定粉煤灰不同摻量對混凝土強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)分C30、C35兩組，每組骨料配比不變，水泥用量隨著粉煤灰等重量取代而改變。每組粉煤灰摻量依次為0、10%、20%、25%、30%、40%，高效減水劑摻量為0.8%，觀測7天、28天、56天抗壓強(qiáng)度如圖6和圖7所示。

圖6 高效減水劑摻量相同粉煤灰不同摻量對C30混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖7 高效減水劑摻量相同粉煤不同摻量對C35混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖6和圖7可看出:在摻0.8%高效減水劑且其他條件不變的情況下，C30和C35混凝土7 d、28 d和56 d混凝土的強(qiáng)度都是隨著粉煤灰摻量的增加其強(qiáng)度先增大后變小的變化趨勢，當(dāng)粉煤灰含量占水泥等重量25%時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度最大，這是與不摻加高效減水劑時(shí)20%混凝土強(qiáng)度達(dá)到最大的區(qū)別，說明增加高效減水劑時(shí)可以激發(fā)粉煤灰的水化作用。

3.3.2 粉煤灰一定高效減水劑不同摻量對混凝土強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)分C30、C35兩組，每組骨料配比不變，水泥用量隨著粉煤灰等重量取代而改變。粉煤灰摻量為25%，高效減水劑摻量為0.6%、0.8%和1.0%，觀測7天、14天、28天抗壓強(qiáng)度如圖8和圖9所示。

圖8 粉煤灰摻量相同高效減水劑不同摻量對C30混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖9 粉煤灰摻量相同高效減水劑不同摻量對C35混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由圖8可以看出，粉煤灰摻量為25%，高效減水劑摻量在0.6%～1.0%時(shí)，C30混凝土7天和14天強(qiáng)度在0.8%時(shí)最小，7 d、14 d和28 d強(qiáng)度在高效減水劑含量為1.0%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大，因此摻加高效減水劑的最佳含量在1.0%能更好的提高混凝土的強(qiáng)度。C35混凝土7天強(qiáng)度在高效減水劑摻量在0.6%～1.0%時(shí)逐漸減小，14 d和28 d強(qiáng)度在高效減水劑摻量在0.6%～1.0%時(shí)逐漸增大，在1.0%時(shí)達(dá)到最大，主要是由于高效減水劑的減水作用，使混凝土水灰比降低，降低了混凝土的孔隙率，改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土的強(qiáng)度不斷提高。

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)，表明摻加粉煤灰和高效減水劑都能明顯改善混凝土的工作性，各摻量粉煤灰混凝土的坍落度均大于基準(zhǔn)混凝土，粉煤灰取代水泥量為10%～40%時(shí)，隨著粉煤灰取代水泥量的增加，混凝土拌合物的坍落度呈上升趨勢;混凝土中摻入高效水劑量在一定范圍(0～1%)內(nèi)時(shí)，混凝土坍落度隨著摻入量的增多而增大;當(dāng)粉煤灰摻量為25%、高效減水劑為1.0%時(shí)混凝土強(qiáng)度最大。

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