摻不同類型減水劑粉煤灰混凝土的配合比設計

張旭賢 牛新平 王 成 楊啟成

(塔里木大學水利與建筑工程學院，新疆 阿拉爾 843300)

隨著各種高強度和新型高性能混凝士的不斷發展，在混凝土中摻入一定量的粉煤灰和外加劑變得越來越普遍。混凝土化學外加劑已成為混凝土必不可少的第五組分，對改善新拌混凝土和硬化混凝土性能具有重要作用［1］。目前，提高混凝土強度的方法主要采取使用高強度等級硅酸鹽或者普通硅酸鹽水泥、摻加優質粉煤灰、使用高效減水劑和引氣劑等，以盡量減小水灰比和用水量［2］。減水劑是應用最為廣泛的混凝土外加劑，用量大約占所有混凝土外加劑用量的70%～80%［3］。采用優質粉煤灰、磨細礦渣配置高性能混凝土，有利于新拌混凝土的和易性，容易控制混凝土的坍落度損失，改善硬化混凝土的體積穩定性［4］。在摻加不同高效減水劑的混凝土中，復合兩種緩凝劑，能夠降低復合外加劑成本，提高混凝土強度［5，6］。為了實現可持續發展的目標，隨著環保綠化重要性的增加，將混凝土對環境造成的負荷控制在最小的限度內，混凝土材料的研究、生產和應用必須考慮到環境因素。研究和開發綠色高性能混凝土，是解決上述問題的有效措施之一，關系到人類生存和可持續發展的一個重要問題［7］。

為了達到節約水泥、保證工程質量和如何在干旱區正確使用粉煤灰和減水劑的目的，本文對早強減水劑、高效減水劑與粉煤灰摻量對不同強度等級混凝土的和易性和抗壓強度的影響進行了試驗研究，分析粉煤灰和減水劑摻量與混凝土的性能的關系，尋求不同減水劑和粉煤灰復合使用與水泥的適應性問題，最終找出粉煤灰和減水劑的最佳摻量。

1 試驗原材料

水泥為青松建化生產的425 普通硅酸鹽水泥;粉煤灰為阿拉爾電廠生產的粉煤灰;拌和水為阿拉爾市普通居民飲用水;減水劑為四川省宜賓市江海混凝土外加劑廠所生產的NC 復合型早強減水劑和FDN－T 型高效減水劑;骨料均是由西大橋沙場生產的，三種骨料的基本性能見表1。

表1 骨料的基本性能

2 配合比設計

本試驗采用以普通配合比方法為基準，分C30和C35 兩個混凝土強度試驗系列，對選擇的425 硅酸鹽水泥選擇水灰比為0.51 和0.42 兩種，粉煤灰摻量為0%、10%、20%、25%、30%和40%六種(注:對于不慘外加劑的混凝土我們選用的粉煤灰摻量是0%、10%、20%、30%和40%五種)，相應的編號為A0、A1、A2、A2.5、A3、A4。外加劑(早強減水劑和高效減水劑)的摻量為0%、0.6%、0.8%和1.0%四種(注:在粉煤灰摻量為25%時，選用的外加劑摻量為0.6%、0.8% 和1.0%，在粉煤灰摻量為0%、10%、20%、30%和40%是選用的外加劑摻量為0.8%)，相應的編號為Z0.6、Z0.8、Z1.0、X0.6、X0.8、X1.0，共42 個配合比。

3 試驗結果與分析

3.1 減水劑摻量對粉煤灰混凝土和易性的影響

本次試驗是在粉煤灰摻量為25%的前提下，采用的減水劑摻量分別是0.6%、0.8%、1.0%。通過對其坍落度的試驗得出不同摻量減水劑對混凝土和易性的影響，試驗結果見表2。

通過表2的試驗數據可以看出:在粉煤灰摻量一定時，混凝土的坍落度隨著減水劑摻量的增加混凝土的坍落度越大，并且隨著減水劑摻量的增大混凝土的坍落度的增長趨勢也越來越顯著。在其他條件不變的情況下，高效減水劑對混凝土和易性的影響比早強減水劑更顯著。因此，在混凝土中摻入適當的減水劑有助于提高混凝土的和易性能，可使混凝土具有更好的流動性。

表2 混凝土配合比與拌合物性能

3.2 粉煤灰摻量對混凝土抗壓強度的影響

試驗分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%，觀測7 d、28 d、56 d 抗壓強度如圖1 和圖2 所示。

圖1 粉煤灰摻量對C35 混凝土抗壓強度的影響

圖2 粉煤灰摻量對C30 混凝土抗壓強度的影響

由圖1、圖2 可看出，粉煤灰摻量為水泥量的10%－40%時，隨著粉煤灰摻量的增加，C35 和C30混凝土的抗壓強度在7 d、28 d 和56 d 齡期都有從增大到減小的發展趨勢，其中在20%時強度達到最大，早期強度和長期強度都得到了提高，尤其是后期強度，表明粉煤對混凝土中后期強度有很大的貢獻［8］。對于實驗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的過程中其強度增幅沒有C35的強度增幅大，說明粉煤灰摻量對于提高較高強度的混凝土的強度更為有利。

3.3 早強減水劑對粉煤灰混凝土抗壓強度影響

試驗摻0.8%早強減水劑，試驗分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7 d、28 d、56 d 抗壓強度。對摻固定量早強減水劑的粉煤灰混凝土抗壓強度見圖3 和圖4。

圖3 早強減水劑一定粉煤灰不同摻量對C30 混凝土抗壓強度的影響

圖4 早強減水劑一定粉煤灰不同摻量對C35 混凝土抗壓強度的影響

由圖3 和圖4 可看出:在摻固定外加劑且其他條件不變的情況下，7 d、28 d 和56 d 混凝土的強度都是隨著粉煤灰摻量的增加其強度先增大后變小的變化趨勢，當粉煤灰含量占水泥等重量20%時混凝土抗壓強度最大，這與不摻加早強減水劑具有相同的特點。

粉煤灰摻量皆為水泥等質量的20%，試驗分C30、C35 兩組混凝土，早強減水劑摻量為0.6%、0.8%、1.0%。測得抗壓強度與早強減水劑關系見圖5 和圖6。

圖5 粉煤灰一定早強減水劑不同摻量對C30 混凝土抗壓強度的影響

圖6 粉煤灰一定早強減水劑不同摻量對C35 混凝土抗壓強度的影響

由圖5 和圖6 可知:相同的粉煤灰摻入量的混凝土的強度，隨著外加劑的摻入，其抗壓強度先增大后減小，7 d、14 d、28 d 強度都按著大致相同的趨勢增長，7 d、14 d 齡期的強度曲線較平緩，28 d 齡期的強度增長速度較快。因此，當粉煤灰摻量為20%，早強減水劑含量為0.8%時，混凝土7 d、14 d、28 d抗壓強度最大。因此摻加早強減水劑的最佳含量在0.8%左右。

3.4 高效減水劑對粉煤灰混凝土抗壓強度影響

試驗分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 d、28 d、56 d 抗壓強度如圖7 和圖8 所示。

圖7 高效減水劑一定粉煤灰不同摻量對C30 混凝土抗壓強度的影響

由圖7 和圖8 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 混凝土的強度都是隨著粉煤灰摻量的增加其強度先增大后變小的變化趨勢，當粉煤灰含量占水泥等重量25%時混凝土抗壓強度最大，這是與不摻加高效減水劑時20%混凝土強度達到最大的區別，說明增加高效減水劑時可以激發粉煤灰的水化作用。

圖8 高效減水劑一定粉煤灰不同摻量對C35 混凝土抗壓強度的影響

試驗分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 d、14 d、28 d 抗壓強度如圖9 和圖10所示。

圖9 粉煤灰一定高效減水劑不同摻量對C30 混凝土抗壓強度的影響

圖10 粉煤灰一定高效減水劑不同摻量對C35 混凝土抗壓強度的影響

由圖9 和圖10 可以看出，粉煤灰摻量為25%，高效減水劑摻量在0.6%～1.0%時，C30 混凝土7 d 和14 d 強度在0.8%時最小，7 d、14 d 和28 d 強度在效減水劑含量為1.0%時抗壓強度最大，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度。C35 混凝土7 d 強度在高效減水劑摻量在0.6%～1.0%時逐漸減小，14 d 和28 d 強度在高效減水劑摻量在0.6%～1.0%時逐漸增大，在1.0%時達到最大，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構，使混凝土的強度不斷提高。

4 結論

通過分析早強減水劑和高效減水劑摻量對粉煤灰混凝土和易性和抗壓強度的影響，可以獲得最佳的配合比如下:

(1)當混凝土中摻入粉煤灰和早強減水劑時，在粉煤灰摻量為20%，早強減水劑摻量為0.8%時最佳，其配合比為:

C30 混凝土:W:C:G:g:S:A:Z=165:255.816:815:543:554:64.6:2.584

C35 混凝土:W:C:G:g:S:A:Z=180:338.976:702:574:496:85.6:3.424

(2)當混凝土中摻入粉煤灰和高效減水劑時，在粉煤灰摻量為25%，高效減水劑摻量為1.0%時最佳，其配合比為:

C30 混凝土:W:C:G:g:S:A:X=165:239.02:815:543:554:80.75:3.23

C35 混凝土:W:C:G:g:S:A:X=180:316.72:702:574:496:107:4.28

［1］蔣亞清等編著.混凝土外加劑應用基礎(第二版)［M］.北京:化學工業出版社，2011:4.

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［4］孫曉虎，張曉光，孫靜.高強流態混凝土配合比設計注意事項［J］.混凝土，2006，22(8):70－73.

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