微量無機鹽與不同高效減水劑復合使用對混凝土性能的影響

何廷樹，李　朋，徐一倫，錢　強，但　維

(1.西安建筑科技大學材料與礦資學院，西安　710055；2.陜西友邦新材料科技有限公司，咸陽　712060)

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微量無機鹽與不同高效減水劑復合使用對混凝土性能的影響

何廷樹1，李朋1，徐一倫2，錢強2，但維2

(1.西安建筑科技大學材料與礦資學院，西安710055；2.陜西友邦新材料科技有限公司，咸陽712060)

采用粉煤灰摻量為25%的C35混凝土，研究了各種微量無機鹽(摻量為膠凝材料用量的0.01%～0.05%)與聚羧酸減水劑型泵送劑(P型)及萘系減水劑型泵送劑(N型)復合使用對混凝土性能的影響。試驗結果表明：對于不摻泵送劑的低坍落度塑性混凝土，添加微量無機鹽對其流動性和強度基本上沒有影響；對摻泵送劑的大坍落度流動性混凝土，添加微量無機鹽對其流動性及經時損失的影響因無機鹽和減水劑的種類不同而不同，總的來說影響較小，但對強度影響的差異性很大：對兩類泵送劑配制的混凝土，添加微量氯化鈣、硝酸鈉均無增強作用，添加微量碳酸鈉、碳酸氫鈉均稍有增強作用；添加微量硅酸鈉、硫酸鈉對P型泵送劑配制的混凝土具有明顯的增強作用，但對N型泵送劑配制的混凝土無增強作用。

無機鹽； 微量增強劑； 聚羧酸減水劑； 萘系減水劑； 混凝土

1　引　言

廣泛使用化學外加劑和礦物摻合料，是實現混凝土高性能化和降低綜合成本的重要的技術手段[1,2]。粉煤灰是最常用的混凝土礦物摻合料，激發其活性，增大其在混凝土中的摻量，不但有利于粉煤灰的資源化利用，減少其堆存對環境造成的不良影響，而且可以有效地減少混凝土中水泥的用量，降低混凝土的綜合成本[3,4]。

粉煤灰是典型的具有火山灰活性的摻合料，其替代部分水泥用于混凝土中，在水泥水化產物氫氧化鈣的作用下，具有明顯的二次水化作用。為了進一步激發粉煤灰的活性，提高摻粉煤灰混凝土的強度，或者增大其在混凝土中的摻量[5,6]。許多人研究了無機鹽，或者無機鹽與高效減水劑復合使用對水泥-粉煤灰膠凝體系的活性激發效果[7,8]。已有的研究表明：摻入合適的無機鹽可以明顯激發粉煤灰活性，提高摻粉煤灰的水泥砂漿或混凝土的強度。但是，在已有的研究報道中，無機鹽的摻量相對較大，一般為膠凝材料用量的0.5%以上。目前，許多混凝土為了增加粉煤灰摻量，降低混凝土綜合成本，經常與泵送劑搭配使用增強劑(亦稱增效劑)，即一種能夠激發粉煤灰活性，提高摻粉煤灰混凝土強度，或在強度不變的情況下能夠提高粉煤灰取代水泥摻量的外加劑。增強劑有兩種類型：有機物為主型，價格昂貴，但摻量較低，一般為膠凝材料的0.01%～0.05%；無機鹽為主型，價格便宜，但摻量高，一般為膠凝材料用量的0.5%～2.0%。

無機鹽型增強劑與泵送劑搭配使用時，存在三方面的問題：由于無機鹽摻量大，無法加入泵送劑中配制增強型泵送劑，單獨使用很不方便；二是無機鹽摻量大，會影響泵送劑的性能，特別是會降低泵送劑的坍落度經時保持性能；三是增強劑與不同種類高效減水劑配制的泵送劑搭配使用時，增強效果差異很大，用戶難把控，甚至會造成混凝土強度達不到設計要求的事故。有鑒于此，本文提出微量無機鹽型增強劑的概念，即摻量在膠凝材料用量的0.01%～0.05%范圍內的無機鹽增強劑，并系統研究了各種微量無機鹽與不同種類高效減水劑配制的泵送劑復合使用時，對摻粉煤灰混凝土流動性和強度的影響。

2　試　驗

2.1原材料

水泥：海螺水泥廠生產的P·O 42.5水泥；粉煤灰：渭南電廠生產的Ⅱ級粉煤灰；細骨料：渭河河砂，Ⅱ區，細度模數2.7；粗骨料：石灰巖碎石，5～25 mm連續級配；減水劑：陜西友邦新材料科技有限公司生產的聚羧酸高效減水劑(含固量40%的液體)，萘系高效減水劑(含固量40%的液體)，氨基磺酸鹽高效減水劑(固含量37%液體)；引氣劑：陜西友邦新材料科技有限公司生產的YB-550；緩凝劑：葡萄糖酸鈉，工業純；無機鹽：硅酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈣、硝酸鈉，均為化學純。

2.2試驗方法

2.2.1泵送劑的配制

分別使用聚羧酸減水劑和萘系+氨基磺酸鹽減水劑配制兩種泵送劑，聚羧酸減水劑型泵送劑(P型泵送劑)配方：聚羧酸減水劑(固含量40%液體)20.00%、葡萄糖酸鈉(粉劑)5.00%、YB-550引氣劑0.06%、自來水74.94%；萘系減水劑型泵送劑(N型泵送劑)配方：萘系減水劑(固含量40%液體)62.50%、氨基磺酸鹽減水劑(固含量37%液體)15.00%、葡萄糖酸鈉(粉劑)10.00%、YB-550引氣劑0.06%、自來水12.44%。

表1　混凝土配合比

注：H2和H3配合比中用水量為混凝土拌合用水量與泵送劑中的水量之和。

2.2.2微量無機鹽與不同種類高效減水劑的復合增強效應試驗

根據《普通混凝土力學性能試驗方法》(GB/T50081-2002)標準，設計C35摻粉煤灰混凝土(粉煤灰摻量25%，配合比見表1)，研究微量無機鹽對摻泵送劑混凝土坍落度及經時損失的影響，并按照規范制作100 mm×100 mm×100 mm的混凝土試塊,成型試件在標準條件(溫度(20±3) ℃、濕度90%以上)下，養護3 d、7 d、28 d齡期。研究微量無機鹽對混凝土不同齡期強度的影響。

3　結果與討論

3.1微量無機鹽對不摻泵送劑的混凝土強度的影響

按表1中H1配合比，研究了添加微量無機鹽對未摻泵送劑的混凝土性能的影響。

未摻泵送劑也未摻微量無機鹽的混凝土坍落度為5 mm。添加微量無機鹽后對無泵送劑低坍落度塑性混凝土的流動性無影響，對此種混凝土強度的影響如表2所示。

由表2數據可以看出：本研究所用各種無機鹽，由于摻量很小，對無泵送劑低坍落度塑性混凝土個齡期強度幾乎沒有影響。

表2　微量無機鹽對不摻泵送劑的混凝土強度的影響

3.2微量無機鹽與不同減水劑型泵送劑復合使用對混凝土流動性的影響

按表1中H2和H3配合比，研究了微量無機鹽與不同減水劑型泵送劑復合使用對摻粉煤灰混凝土流動性的影響，結果如表3所示。

表3　微量無機鹽與不同減水劑型泵送劑復合使用對混凝土流動性的影響

續表

由表3數據可以看出：添加各種微量無機鹽對兩種減水劑型泵送劑配制的混凝土坍落度、擴展度及其經時損失有一定的影響，但由于無機鹽摻量極小，總的看來影響不大。

3.3微量無機鹽與不同減水劑型泵送劑復合使用對混凝土強度的影響

按表1中H2和H3配合比，研究了微量無機鹽與不同減水劑型泵送劑復合使用對摻粉煤灰混凝土強度的影響，結果如表4所示。

表4　微量無機鹽與不同減水劑型泵送劑復合使用對混凝土強度的影響

表4數據可以看出：微量氯化鈣、硝酸鈉對兩種減水劑型泵送劑配制的混凝土均無強度增效作用；添加微量碳酸鈉、碳酸氫鈉對兩種泵送劑配制混凝土均有一定增強作用，對P型泵送劑配制的混凝土的3d、7d和28d抗壓強度分別可提高10.6%與4.6%、21.3%與22.2%和9.7%與11.4%，對N型泵送劑配制的混凝土的3 d、7 d和28 d抗壓強度分別可提高19.9%與18.8%、15.8%與18.0 %和11.3%與13.8%，總的看來對P型泵送劑的強度增效作用要小于對N型泵送劑的；添加微量硅酸鈉、硫酸鈉可明顯提高P型泵送劑配制的混凝土，其3 d、7 d和28 d抗壓強度分別可提高31.5%與32.6%、29.4%與26.6%和24.2%與20.9%，但對N型泵送劑配制的混凝土幾乎無任何增強作用。

本文試驗研究表明：不同種類微量無機鹽與不同種類高效減水劑復合使用，對摻粉煤灰的混凝土強度的影響存在協同匹配問題，若無機鹽與減水劑匹配性好，則協同增強作用非常明顯，如微量硅酸鈉和硫酸鈉對聚羧酸減水劑型泵送劑的強度增效作用就極為明顯，配合使用可取得顯著地經濟效益，而微量碳酸鈉和碳酸氫鈉與萘系減水劑型泵送劑配合使用也具有良好的經濟效果；總的來說，相互匹配的合適微量無機鹽對萘系減水劑型泵送劑配制的粉煤灰混凝土強度增效作用，不如對聚羧酸減水劑型泵送劑的強度增效作用明顯。

4　結　論

(1)對于不摻泵送劑的粉煤灰混凝土，摻入微量無機鹽(相對膠凝材料用量的0.01%～0.05%)，對混凝土的強度沒有增強效果；

(2)添加微量無機鹽對P型和N型泵送劑配制的混凝土坍落度、擴展度及其經時損失雖有一定影響，但由于摻量極小，總的來說影響不大；

(3)當微量無機鹽與不同減水劑型泵送劑復合使用時，對粉煤灰混凝土強度的影響存在協同匹配問題：微量硅酸鈉和硫酸鈉對聚羧酸減水劑型泵送劑配制的粉煤灰混凝土，具有明顯的強度增效作用，但對萘系減水劑型泵送劑配制的粉煤灰混凝土，沒有強度增效作用；碳酸鈉和碳酸氫鈉對兩類減水劑型泵送劑配制的粉煤灰混凝土，均有一定的強度增效作用但對N型泵送劑的強度增效作用要大些；

(4)總的說來，各自匹配的合適微量無機鹽對萘系減水劑型泵送劑配制的粉煤灰混凝土強度增效作用，不如對聚羧酸減水劑型泵送劑的強度增效作用明顯。

[1] 何廷樹.混凝土外加劑[M].陜西:陜西科學技術出版社,2003:8-10.

[2] 繆文昌,冉千平,洪錦祥,等.聚羧酸高性能減水劑的研究現狀及發展趨勢[J].中國材料進展,2009,28(11):36-45.

[3] 吳中偉.高性能混凝土及其礦物細摻料[J].建筑技術,1999,30(3):160-163.

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Effect of Compound Use of Micro Inorganic Salt and Different Efficient Water-reducing Agents on the Performance of Concrete

HETing-shu1,LIPeng1,XUYi-lun2,QIANQiang2,DANWei2

(1.College of Materials and Mineral Resources,Xi'an University of Architecture and Technology,Xi'an 710055,China；2.Shaanxi Youbang New Material Technology Co.,LTD,Xianyang 712060,China)

The influences of various kinds of micro inorganic salt (the amount of cementitious material added is 0.01% to 0.05%), the polycarboxylate superplasticizer type pumping agent (P type) and the naphthalene series water reducer type pumping agent (N type) on the performance of concrete is studied by using the C35 concrete with fly ash content at 25%.The test results show that: for the low slump plastic concrete that is not blent with pumping agent, adding micro inorganic salt does not actually affect the fluidity and strength; for the high slump flowing concrete that is blent with pumping agent, the impacts on the fluidity and the loss of time of adding micro inorganic salt are different due to different inorganic salt and reducing agent used, but overall, the effect is slight. However, the influences on the intensity are distinct: for two types of concrete formulated by pumping agent, the addition of micro calcium chloride and sodium nitrate does not enhance the intensity, while the addition of small amounts of sodium carbonate and sodium bicarbonate slightly enhances the intensity; and the addition of micro sodium silicate and sodium sulfate has obvious enhancing effect on the P type pumping agent for concrete, but no effect on the concrete that is prepared by the N type pumping agent.

inorganic salt;micro reinforcing agent;polycarboxylate superplasticizer;naphthalene series water reducer;concrete

何廷樹(1964-),男,博士,教授.主要從事建筑材料及外加劑方面的研究.

TU528

A

1001-1625(2016)03-0753-05