SD-ZX混凝土增效劑的制備及性能研究

王玫，林春彥

（北京盛大風華科技有限公司，北京 101309）

0 引言

高性能混凝土是由水泥、礦物摻合料、細骨料、粗骨料、水和外加劑六種組分組成。隨著建筑功能的增加，其對混凝土的相關性能要求越來越高，如：高流態、高強度及高耐久性等[1]。隨著我國環保方面意識的提高，水泥行業限產及錯峰生產，致使我國水泥價格節節攀升，這對混凝土攪拌站造成較大的成本壓力。由于在混凝土中水泥占成本數較大，同時在混凝土水化過程中，有一部分水泥顆粒不能水化，只作為填料而浪費[2]。截止目前為降低水泥用量，而保證混凝土強度的思路主要有兩個：（1）通過化學激發劑將礦物摻合料的火山灰活性徹底激發[3,4]；（2）作為輔助分散劑進一步打開絮凝結構，使水泥進一步水化[5,6]。學者發現激發礦物摻合料火山灰活性效果較好的有堿性激發劑[3]、三乙醇胺[7]、硫酸鹽[8,9]和氯鹽[8]，但存在單摻效果不明顯、摻量相對較大等缺點。同時礦渣活性相對比粉煤灰活性高，并且對后期強度非常有利[10]。本文試圖融合兩種提高混凝土強度的思路，制備出既有激發效果又有輔助分散效果的混凝土增效劑，并探究其不同摻量對水泥標稠需水量、凈漿擴展度、膠砂減水率及不同強度等級混凝土減膠激發效果等方面的影響。為混凝土減膠增效劑的開發應用奠定一定的基礎。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料及制備方法

（1）P·O42.5 北水水泥：比表面積 420m2/kg，標稠需水量 28.4%，80μm 篩余量 1.2%，3d 膠砂抗壓強度29.3MPa，28d 膠砂抗壓強度 52.2MPa。

（2）Ⅱ級粉煤灰：45μm 篩余量 16%，需水量比104%，7d 活性指數 65%。

（3）S95 級礦粉：7d 活性指數 85%，28d 活性指數 99%。

（4）砂子：級配合理Ⅱ區中砂，細度模數為 2.7，含泥量為 0.6%。

（5）石子：級配合理，粒徑為 5～25mm 的花崗巖碎石。

（6）聚羧酸減水劑：SD-HPC，含固量 10%，摻量2% 時膠砂減水率 28%。

SD-ZX 混凝土增效劑：向四口瓶中加入一定量去離子水，升溫至 50℃，然后加入少量甲酸鈣攪拌溶解，依次加入有機激發劑和無機激發劑，攪拌絡合2h，降溫至室溫，加入微量消泡劑，即得淡黃色液體，為 SD-ZX 混凝土增效劑。

1.2 性能測試方法

水泥標稠需水量：參照 GB/T 1346—2001《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》進行測試。其中 SD-ZX 折固摻量為膠凝材料質量的 0.05%、0.10%、0.15% 及 0.20%。

水泥凈漿流動度測試：參照 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中水泥凈漿試驗方法進行測試，W/B＝0.29，其中聚羧酸減水劑摻量為膠凝材料的 1.5%，其中 SD-ZX 折固摻量為膠凝材料質量的0.05%、0.10%、0.15% 及 0.20%。

膠砂減水率：參照 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中水泥凈漿試驗方法進行測試。其中聚羧酸減水劑摻量為膠凝材料的 2%，其中 SD-ZX折固摻量為膠凝材料質量的 0.05%、0.10%、0.15% 及0.20%。

混凝土基本性能參照 GB 8076—2008《混凝土外加劑》試驗方法進行測試。其中 SD-ZX 折固摻量為膠凝材料質量的 0.05%、0.10%、0.15% 及 0.20%。

2 結果與討論

2.1 水泥試驗

SD-ZX 摻量對水泥及水泥膠砂的影響見表 1。

2.1.1 SD-ZX 摻量對水泥標稠需水量的影響

膠凝材料的標稠需水量對聚羧酸減水劑的適應性和混凝土的狀態有重要的影響。為探究 SD-ZX 混凝土增效劑的水泥適應性，因此需要研究不同摻量的 SD-ZX對水泥標稠需水量的影響，其影響結果，見圖 1。由圖1 可知，該 SD-ZX 的加入會不同程度地降低水泥的標稠需水量，隨著 SD-ZX 摻量的增加，水泥的標稠需水量呈逐漸降低的趨勢，并且降低幅度逐漸減小。當摻量為 0.20% 時，降到最低，達 26.7%。即該混凝土增效劑對水泥的適應性相對較好，如果與聚羧酸減水劑復合使用，可能會呈輔助減水效應。

表1 水泥試驗結果

圖1 SD-ZX 摻量對水泥標稠需水量的影響

2.1.2 SD-ZX摻量對水泥凈漿流動度的影響

由 2.1.1 可知，SD-ZX 對水泥標稠需水量有降低的作用，但其對聚羧酸減水劑的適應性也需要探討。不同 SD-ZX 摻量對水泥凈漿流動度的影響結果如圖2所示，其中聚羧酸減水劑摻量為 1.5%。由圖2可知，SDZX 與聚羧酸減水劑的適應性良好，并且隨著 SD-ZX 摻量的增加，其凈漿擴展度和凈漿保持性能隨之提高。當SD-ZX 摻量為 0.15% 時，其凈漿擴展度達到最大，達245mm，比空白增加 20mm。并且摻量再增加后，凈漿擴展度增加幅度不大。

2.1.3 SD-ZX 摻量對膠砂減水率的影響

由 2.1.2 可知，SD-ZX 與聚羧酸減水劑之間的適應性良好。為探究其是否具有輔助減水作用，其不同摻量下的膠砂減水率結果如圖3所示。由圖3可知，與空白相比，SD-ZX 的摻入會不同程度的輔助增加膠砂減水率，并且隨著 SD-ZX 摻量的增加其輔助減水作用更明顯。當摻量為 0.15% 時，其減水率達到最大，為29.3%，比空白高 1.5%。摻量再增加，其輔助減水作用不明顯。從而證明 SD-ZX 具有一定的輔助減水作用。

圖2 SD-ZX 摻量對水泥凈漿流動度的影響

圖3 SD-ZX 摻量對膠砂減水率的影響

2.2 SD-ZX 摻量對不同強度等級混凝土強度的影響

由上述水泥試驗可知，SD-ZX 對水泥適應性較好，有一定輔助減水作用，為探討其對混凝土是否活性激發性能，分別研究不同強度等級（C30、C40 和C50）、SD-ZX 摻量（0%、0.05%、0.10%、0.15% 和0.20%）及降低水泥用量（各個強度等級混凝土降低水泥 50kg，分別攤到粉煤灰 20kg 和礦粉 30kg）對混凝土強度的影響。其各強度等級混凝土配合比調整情況及抗壓強度結果如表2所示。

表2 混凝土配合比及抗壓強度結果

不同強度等級的混凝土抗壓強度變化情況如圖4所示。由圖4可知，減少水泥用量后，不同水泥強度等級不同齡期的混凝土強度都比空白降低不少，降低水泥用量后，隨著 SD-ZX 摻量的增加，不同強度等級不同齡期的混凝土強度都有不同程度的提高。由圖 4(a) 可知，對于 C30 混凝土，SD-ZX 的摻入會不同程度提高混凝土各齡期強度，當摻量為 0.15% 時，28d 混凝土抗壓強度達到最大，為 42MPa，比空白高 3MPa；由圖4(b) 可知，對于 C40 混凝土，SD-ZX 的摻入會不同程度提高混凝土各齡期強度，當摻量為 0.20% 時，28d 混凝土抗壓強度為 52MPa，比空白高 4MPa；由圖 4(c) 可知，對于 C50 混凝土，SD-ZX 的摻入會不同程度提高混凝土各齡期強度，當摻量為 0.2% 時，28d 混凝土抗壓強度為 61MPa，比空白高 2MPa。SD-ZX 對高強度等級混凝土的良好減膠增效效果，突破了高強度等級混凝土不能使用增效劑的局限性。

圖4 SD-ZX 對不同強度等級混凝土抗壓強度的影響

3 結論

隨著 SD-ZX 摻量的增加，水泥標稠需水量逐漸降低，當摻量為 0.20% 時，降到最低，達 26.7%，比空白低 2.3%；隨著 SD-ZX 摻量的增加，其凈漿擴展度和凈漿保持性能隨之提高，SD-ZX 摻量為 0.15% 時，其擴展度最大，達 245mm，比空白增加 20mm；隨著 SDZX 摻量的增加其輔助減水作用明顯，當摻量為 0.15%時，膠砂減水率達最大，為 29.3%，比空白高 1.5%。

減少水泥用量后，混凝土強度受損，隨著 SD-ZX摻量的增加，混凝土各強度等級各齡期強度都有提高。當摻量為 0.15% 時，C30 的 28d 混凝土抗壓強度達到最大，為 42MPa，比空白高 3MPa；當摻量為 0.20% 時，C40 的 28d 混凝土抗壓強度達到最大，為 52MPa，比空白高 4MPa；當摻量為 0.20% 時，C50 的 28d 混凝土抗壓強度達到最大為 61MPa，比空白高 2MPa。SD-ZX 兼備輔助減水和活性激發性能，適用于各強度等級混凝土。