JYS增效劑對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響

肖世玉，梁林，李發(fā)茂，吳濤，朱金華，羅小東

（成都建工賽利混凝土有限公司，四川 成都 610015）

0 前言

目前，由于砂石品質(zhì)下降，攪拌站在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中膠凝材料用量仍然較高，其中大量水泥顆粒未完全水化，只起到填充作用，在當(dāng)前環(huán)境下，這也是一種資源浪費(fèi)[1]。因此，在保障混凝土工作性能的情況下，可降低水泥用量或使用惰性摻合料取代這部分水泥。另外一方面，由于不同的減水劑對(duì)水泥的影響機(jī)理不同[2]，在混凝土外加劑摻量超過(guò)飽和摻量后，繼續(xù)增加外加劑對(duì)混凝土作用微弱，甚至?xí)?duì)混凝土工作性、力學(xué)性能和耐久性產(chǎn)生不利影響，混凝土的經(jīng)濟(jì)性和施工性能難以得到保障。因此，如何在保障混凝土性能的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低水泥用量，達(dá)到節(jié)能降耗的要求，對(duì)混凝土行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著預(yù)拌混凝土行業(yè)發(fā)展日漸成熟，混凝土性能想要得到較大改善，只是調(diào)節(jié)配合比或改善原材料已很難達(dá)到效果，通常需要依靠新型外加劑的加入。混凝土增效劑是近幾年出現(xiàn)的一種新型混凝土外加劑，其具有在保障混凝土強(qiáng)度的前提下適當(dāng)降低水泥用量的效果，市面上已有的幾種混凝土增效劑的摻量一般為膠凝材料用量的 0.6%，在混凝土 28d 強(qiáng)度較基準(zhǔn)組接近或更高時(shí)，可降低約 10% 的水泥用量。目前，關(guān)于混凝土增效劑的主要成分和作用機(jī)理還沒(méi)有完整的定論，相關(guān)學(xué)者根據(jù)研究結(jié)果做出了一些推斷[3,4]，認(rèn)為混凝土增效劑主要是有機(jī)物，還有少量激發(fā)劑。混凝土增效劑能有效分散水泥中的特細(xì)顆粒聚集體，增大水泥與水的接觸面積，加快水泥的水化進(jìn)程；同時(shí)，混凝土增效劑中的激發(fā)劑能進(jìn)一步促進(jìn)水泥和礦物摻合料水化反應(yīng)的進(jìn)行。增效劑的加入使得混凝土可以采用更加合理的膠凝材料體系，達(dá)到減少水泥用量，降低混凝土生產(chǎn)成本的目的，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上對(duì)混凝土企業(yè)具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

由于混凝土中水泥用量降低，混凝土密實(shí)度下降，Ca(OH)2含量減少，這必將對(duì)混凝土長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展和抗碳化、抗?jié)B透等耐久性能產(chǎn)生影響，后期需對(duì)混凝土耐久性進(jìn)行研究。程臻贊[5,6]研究了增效劑對(duì)混凝土耐久性的影響，在保障混凝土工作性能的前提下，適當(dāng)降低水泥用量，混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度和耐久性能夠保持甚至有所改善。

1 原材料

（1）水泥：使用都江堰拉法基水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O 42.5R 普通硅酸鹽水泥，其性能如表 1 所示。

表 1 水泥性能指標(biāo)

（2）粉煤灰選用成都博磊粉煤灰綜合開(kāi)發(fā)有限公司的 Ⅰ 級(jí)粉煤灰；礦粉選用峨眉山宏源資源循環(huán)開(kāi)發(fā)有限公司 S75 級(jí)礦粉，其性能如表 2 所示。

表 2 粉煤灰、礦粉性能指標(biāo)

（3）砂石：選用遂寧機(jī)制中砂、遂寧碎石，其性能如表 3 所示。

表 3 砂石性能指標(biāo)

（4）泵送劑：北京中安遠(yuǎn)大科技發(fā)展有限公司ZA-I 聚羧酸高性能減水劑。

（5）增效劑：JYS 增效劑，廠家推薦摻量為1.00%，水泥用量減少 10%。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

本試驗(yàn)研究了 JYS 增效劑對(duì) C30、C40、C50 和C60 等級(jí)混凝土性能影響，試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所示。

在 C30、C40、C50 和 C60 等級(jí)混凝土均減少 5%、10% 和 15% 的水泥用量的情況下，分別加入 0.40%、0.60% 和 0.80% JYS 增效劑，考察增效劑摻量對(duì)混凝土性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表 4 和圖 1 所示。

圖 1 水泥用量降低情況下加入不同摻量增效劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

在混凝土攪拌過(guò)程中，在水泥用量減少的情況下，加入 0.40% 和 0.60% JYS 增效劑的混凝土拌合物狀態(tài)與基準(zhǔn)組基本一致，混凝土和易性良好。研究發(fā)現(xiàn)，混凝土增效劑只對(duì)細(xì)小的水泥顆粒集聚體產(chǎn)生分散效果，而對(duì)尺寸較大的絮凝結(jié)構(gòu)分散性較差，這也是該劑幾乎沒(méi)有減水作用的原因[7]。隨著水泥用量繼續(xù)降低，加入0.80% JYS 增效劑的混凝土拌合物狀態(tài)較基準(zhǔn)組變差，但混凝土包裹性仍然較好，不堆積不泌水，混凝土和易性良好。混凝土中水泥用量降低，混凝土拌合物中漿體量減少，導(dǎo)致混凝土包裹性、流動(dòng)性變差，出現(xiàn)堆積、泌水、離析等現(xiàn)象，使得混凝土和易性變差，加入 JYS增效劑后，混凝土拌合物粘聚性增強(qiáng)，包裹性變好，和易性有所改善。

表 4 混凝土配合比及性能

從表 4 和圖 1 可以看出，在水泥用量減少的情況下，隨著 JYS 增效劑摻量增加，C30、C40、C50 和C60 等級(jí)混凝土強(qiáng)度均先增加后降低，在水泥用量減少10%、JYS 增效劑摻量為 0.60% 時(shí)達(dá)到最高，與文獻(xiàn)結(jié)果一致[8,9]；在水泥用量減少 15% 和 JYS 增效劑摻量為0.80% 時(shí)，混凝土強(qiáng)度較最佳組降低，但仍與基準(zhǔn)組基本持平。綜上可知，在混凝土中同時(shí)加入增效劑和減水劑，在二者的協(xié)同作用下超量發(fā)揮各自作用，減水劑可以打開(kāi)大尺寸的絮凝結(jié)構(gòu)，增效劑可以分散細(xì)小的集聚體，增大水和水泥顆粒的接觸面積，從而加快水泥的水化進(jìn)程，在保障混凝土性能的基礎(chǔ)上使混凝土的“主動(dòng)減膠”的作用得到進(jìn)一步提高[7]。

在水泥用量降低 10% 基礎(chǔ)上，將增效劑最佳摻量0.60% 與增效劑廠家推薦摻量 1.00% 進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，從表 4 和圖 2 可以看出，分別加入 0.60% 和 1.00% 增效劑時(shí)各等級(jí)混凝土強(qiáng)度基本相當(dāng)。

圖 2 水泥用量減少 10% 時(shí)加入不同摻量增效劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

在水泥用量較基準(zhǔn)組減少 15% 的情況下，將A4～D4 與 A5～D5 八組混凝土進(jìn)行了對(duì)比，其中A4～D4 為加入 0.80% 的增效劑，A5～D5 為在增加 5%粉煤灰的基礎(chǔ)上再加入 0.60% 的增效劑。從表 4 和圖3 可以看出，A4～D4 較 A5～D5 混凝土強(qiáng)度高，且混凝土等級(jí)越高強(qiáng)度相差越多。A5～D5 組混凝土增加的5% 粉煤灰在水化后期會(huì)發(fā)生二次水化反應(yīng)，促進(jìn)混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展。由圖可知，A4～D4 與 A5～D5 后期強(qiáng)度差異并未明顯縮小，因此，增效劑對(duì) A4～D4 組混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展仍起到了一定作用。所以，增效劑對(duì)混凝土的作用不只是分散作用，還可能有激發(fā)作用[10]。

圖 3 A4～D4 與 A5～D5 混凝土強(qiáng)度對(duì)比

表 5 成都地區(qū)各種原材料及混凝土價(jià)格

3 混凝土成本分析

成都地區(qū)各種原材料價(jià)格如表 5 所示。

根據(jù)表 5 可知，加入增效劑后，每方 C30、C40、C50 和 C60 等級(jí)混凝土分別可節(jié)約成本 3～7 元、9～11元、 11～14元 和 13～16 元，混凝土等級(jí)越高，節(jié)約的成本越高。目前，水泥價(jià)格較高，加入增效劑后混凝土體現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）JYS 增效劑對(duì)混凝土中的膠凝材料起到微弱的分散作用，同時(shí)也起到了增稠效果，一定程度上能改善混凝土和易性。

（2）在水泥用量減少 10%，JYS 增效劑摻量為0.60% 時(shí)各等級(jí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到最高，繼續(xù)降低水泥用量，即使增加增效劑摻量，混凝土強(qiáng)度呈降低趨勢(shì)。

（3）適當(dāng)降低水泥用量，加入適量增效劑后，混凝土早期和后期強(qiáng)度均有增長(zhǎng)，增效劑對(duì)混凝土還起到激發(fā)作用。

（4）加入增效劑，在保障混凝土性能的基礎(chǔ)上采用更加合理的膠凝體系，可以帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。