外加劑對大摻量粉煤灰自密實混凝土性能優化研究

周光明 張圣菊 張建 翁洋 萬晉

(江蘇科技大學土木工程與建筑學院，江蘇鎮江 212003)

從20世紀80年代開始，國內開始研究自密實混凝土，進入21世紀以來，我國的自密實混凝土進入高速發展階段，但目前對于大摻量粉煤灰條件下，水泥、粉煤灰與外加劑的適應性問題以及外加劑對大摻量粉煤灰自密實混凝土性能的影響問題，國內外這方面的研究資料還比較少。本文擬通過各外加劑如高效減水劑、引氣劑、膨脹劑等與粉煤灰之間及外加劑之間的相容問題，研究其對自密實混凝土性能的影響，然后通過調整外加劑的種類和數量，優化自密實混凝土的各項性能，為工程廣泛應用和實驗研究提供理論指導和技術支持。

1 原材料及主要性能指標測定方法

1.1 原材料

1)水泥:采用鎮江市金山水泥有限公司生產的42.5級普通硅酸鹽水泥。其他性能指標測試結果見表1。2)砂:采用中砂，測試指標有細度模數2.8，表觀密度2.67 g/cm3，含泥量:1.8%;泥塊含量:0.5%，砂率在30%～50%之間取值。3)減水劑:采用江蘇特密斯混凝土外加劑有限公司生產的液體聚羧酸系高效減水劑(固含量約40%)，減水率在30%以上。摻量范圍為1.1%～1.7%。使用時不扣除減水劑中水的質量。4)粉煤灰:采用鎮江間壁電廠生產Ⅱ級粉煤灰，表觀密度2.3 g/cm3。5)粗集料采用石灰巖質碎石，最大粒徑為20 mm，表觀密度2.75 g/cm3，自然堆積密度1.49 g/cm3，針片狀含量5%，壓碎值為9.1%。6)膨脹劑采用江蘇特密斯混凝土外加劑公司生產的膨脹劑，依據JC 476-2001標準檢測膨脹劑的限制膨脹率及抗折、抗壓強度性能，均符合標準規定。7)引氣劑采用江蘇特密斯混凝土外加劑公司生產的TMS-FE型(粉)混凝土引氣劑，減水率不小于8%，抗凍等級高于F250。

表1 P.O42.5R主要性能指標

1.2 主要性能指標測定方法

根據JGJ/T 283-2012自密實混凝土應用技術規范設計C50自密實混凝土。

根據GB 50080普通混凝土拌合物性能試驗方法標準中所規定的坍落度要求檢驗混凝土流動性，按照其規定的V漏斗實驗方法檢驗混凝土的粘稠性和抗離析性。

根據JGJ/T 283-2012自密實混凝土應用技術規程測定混凝土和易性。根據GB/T 50081-2002普通混凝土力學性能試驗方法標準測定混凝土強度。

2 實驗結果及分析

2.1 粉煤灰摻量對自密實混凝土的性能影響

根據CECS 203∶2012自密實混凝土應用技術規程中自密實混凝土的配比和自密實混凝土應用技術規程中自密實混凝土配合比的計算方法，選用初步配合比，對粉煤灰摻量分別為20%，25%，30%，35%，40%的自密實混凝土進行試配試驗，經過試配后最終采用的自密實混凝土的配合比見表2。

表2 粉煤灰影響因素實驗配合比(減水劑1.5%)

檢驗其7 d，28 d抗壓強度、坍落擴展度、T500、泌水性、離析程度等性能結果見表3。

表3 粉煤灰影響因素實驗結果(減水劑1.5%)

數據分析:根據混凝土自密實性能及力學性能檢測結果，隨著自密實混凝土添加粉煤灰量的增加使得自密實混凝土的和易性提高，但當粉煤灰摻量達到40%以后，出現泌水情況。與此同時，通過7 d自密實混凝土抗壓強度可以看出，隨著自密實混凝土粉煤灰摻量的增多，抗壓強度逐漸減小，而28 d抗壓強度值隨著粉煤灰摻量的增多抗壓強度增大，但超過40%時開始降低。粉煤灰可以改善混凝土的和易性，雖然早期會降低混凝土的抗壓強度，但是后期有所提高，鑒于以上結果，我們可以得出，單摻粉煤灰作為礦物摻合料的情況下，粉煤灰的摻量宜控制在25% ～35%之間，以30%最優。

2.2 減水劑對基于粉煤灰大摻量自密實混凝土的性能影響

根據CECS 203∶2012自密實混凝土應用技術規程自密實混凝土配合比設計規定，在2.1實驗數據的基礎上即粉煤灰摻量為30%，對減水劑摻量分別為1.4%，1.5%，1.6%，1.7%，1.8%的自密實混凝土進行試配試驗，經過試配后最終采用的自密實混凝土的配合比見表4。

表4 減水劑影響因素實驗配合比(粉煤灰30%)

實驗檢測結果見表5。

表5 減水劑影響因素實驗結果(粉煤灰30%)

數據分析:隨著減水劑的增加，混凝土的7 d和28 d抗壓強度都逐漸增加，坍落擴展度也增大，T500時間不斷縮短，但是，隨著減水劑的增加，自密實混凝土出現泌水和離析現象。高效減水劑的摻入使得混凝土的抗壓強度有所提高，這主要是因為高效減水劑能夠降低水泥顆粒固液界面能、靜電斥力作用、空間阻力作用，起到水化膜潤滑作用、引氣隔離滾珠作用等，從而降低混凝土的需水量，改善混凝土和易性與密實性，從而提高混凝土強度。根據實驗數據，我們可以得出，在粉煤灰一定的情況下，聚羧酸系液態減水劑的最佳摻量為1.6%。

2.3 膨脹劑對基于粉煤灰大摻量自密實混凝土的性能影響

根據CECS 203∶2012自密實混凝土應用技術規程自密實混凝土配合比設計規定，在粉煤灰摻量為30%、減水劑為1.6%的基礎上，外加膨脹劑，膨脹劑摻量分別為6%，8%，10%，12%，14%。配合比設計見表6。

表6 膨脹劑影響因素實驗配合比(粉煤灰30%、減水劑1.6%)

實驗檢測結果見表7。

表7 膨脹劑影響因素實驗結果(粉煤灰30%、減水劑1.6%)

數據分析:從實驗數據我們可以看到，內摻膨脹劑對混凝土的和易性影響性不大，但對強度略有影響，在粉煤灰和減水劑摻量不變的情況下，隨著膨脹劑的增加，混凝土的強度不斷增強，但是，當膨脹劑摻量超過10%時增長速度變慢，當摻量超過12%達到14%時，混凝土的強度開始下降。查閱資料，膨脹劑對混凝土的收縮進行等量補償作用，并具有填充、堵塞毛細孔縫的作用，極大地提高了混凝土的防滲抗裂能力，建議在大體積混凝土、防潮防水混凝土中使用膨脹劑。膨脹劑的摻量應在8%～12%之間，考慮成本問題，最佳摻量為10%。

2.4 引氣劑對基于粉煤灰大摻量自密實混凝土的性能影響

根據CECS 203∶2012自密實混凝土應用技術規程自密實混凝土配合比設計規定，在粉煤灰摻量為30%、減水劑為1.6%的基礎上，外加引氣劑，引氣劑摻量分別為0.05%，0.1%，0.15%，0.2%，0.25%。配合比設計見表8。

表8 引氣劑影響因素配合比(粉煤灰30%、減水劑1.6%)

實驗檢測結果見表9。

表9 引氣劑影響因素實驗結果(粉煤灰30%、減水劑1.6%)

數據分析:從實驗結果看，引氣劑對自密實混凝土的和易性和力學性能都有一定影響，隨著引氣劑的增加，自密實混凝土的含氣量增加，7 d和28 d抗壓強度也開始增強，但是當引氣劑摻量超過1.5%以后變得緩慢，當摻量超過0.2%時，自密實混凝土的7 d和28 d抗壓強度甚至開始下降。自密實混凝土和易性隨引氣劑摻量的增多而更加優越。這是因為摻加引氣劑在混凝土中引入了大量微小且獨立的氣泡，這種球狀氣泡使混凝土的和易性得到較大改善，這種作用尤其在集料粒形不好的碎石或人工砂混凝土中更為顯著，但是當引氣劑摻量過多時，會造成過多的孔隙導致自密實混凝土的抗壓強度降低。綜上我們可以得出，引氣劑的最佳摻量范圍在0.1%～0.2%，以0.15%最為優越。

3 結語

1)大摻量粉煤灰摻入自密實混凝土中時，對混凝土的早期強度略有降低，但后期強度有所增強，同時大大改善了混凝土的和易性，粉煤灰的最佳摻量為30%。2)自密實混凝土的拌制必須加入減水劑，減水劑不僅可以減少用水量，增加混凝土的和易性，而且可以增強自密實混凝土的抗壓強度。在大摻量粉煤灰的背景下，液態高效減水劑的最佳摻量為1.6%。3)膨脹劑可以減少自密實混凝土的收縮，改善自密實混凝土的防水抗滲性能，在大摻量粉煤灰的背景下，最佳摻量為10%。4)引氣劑的摻入較大程度的改善了自密實混凝土的和易性，但因為對自密實混凝土的結構有較大影響，不宜摻入過多，最佳摻量為0.15%。

［1］陳 松，張圣菊.綠色自密實粉煤灰混凝土特性實驗研究［J］.山西建筑，2012，38(36):135-136.

［2］JGJ/T 283-2012，自密實混凝土應用技術規范［S］.

［3］王海娜，王科元，金南國.C35、C50自密實混凝土配合比研究［J］.混凝土，2010(7):104-109.