彩色自密實清水混凝土配合比設計與試驗研究★

董建偉 方光秀 王 霨 李興源

(延邊大學工學院土木工程專業，吉林 延吉 133002)

0 引言

自密實清水混凝土是既具有自密實混凝土的特點，又擁有清水飾面的綠色混凝土。然而自密實清水混凝土色彩單調，且關于自密實清水混凝土著色方面的研究甚少，所以本文就此方面展開研究。在顏料選擇方面文獻研究表明，混凝土制品著色一般選擇無機金屬氧化物顏料，在與其他無機氧化物顏料相比中，摻加鐵紅190的混凝土有著較高的抗壓和抗折強度，所以選擇鐵紅190顏料[1]。另外，本試驗用到的外加劑的種類較多，外加劑的摻法對試驗有較大影響。文獻研究表明，在聚羧酸減水劑的先加消泡劑后加引氣劑的復配工藝實驗中，經“先消后引”復配工藝優化，所配制的混凝土可略提高流動性和后期強度，且外觀性能大幅度改善[2]。也有研究表明，混凝土流動性大體趨勢是先提高后降低的過程，這是因為消泡劑在較低范圍內(1～2)混凝土工作性主要是由引氣劑起主導作用，即引氣量增大、混凝土的流動性提高。然而，當消泡劑提高至較高的量(4)時，起主導作用的變為消泡劑[3]。將消泡劑外涂于模具表面后，混凝土表面氣孔數量減少76%～86%，大尺寸的氣孔減小或消失，外涂的改善效果明顯優于內摻[4]。本文以外加劑的摻法為變量，研究混凝土的工作性能和抗壓性能。

1 試驗方案設計

1.1 試驗材料

新型自密實清水混凝土屬于高性能混凝土，其對所需的原材料具有很高的要求。因此，在試驗前需要對原材料性能進行了解，并確定最合適的混凝土原材料。

1)水泥：選用的是吉林省北方水泥公司生產的“廟嶺”牌硅酸鹽水泥，強度等級為42.5 MPa;

2)粗骨料：選用連續級配的碎石；

3)砂：吉林省延吉市的河砂，細度模數為2.6，級配范圍為Ⅱ區;

4)粉煤灰：吉林省延吉市鐵南供熱公司生產的Ⅱ級粉煤灰;

5)減水劑：聚羧酸系減水劑，大川建材化工廠出品；

6)引氣劑：含氣量為3%～5%，萊陽宏祥建筑外加劑廠出品；

7)消泡劑：聚醚性有機硅消泡劑，萊陽宏祥建筑外加劑廠出品；

8)染色劑：鐵紅190顏料。

1.2 配合比設計

彩色自密實清水混凝土配合比設計相比普通混凝土配合比設計具有較大的不同點，普通混凝土設計以強度為主要指標，但彩色自密實清水混凝土設計時需著重考慮改善混凝土的內部結構，在確保強度的前提下，還要滿足耐久性和高流態的工作性以及良好的表面外觀等；本文混凝土配合比設計參照JGJ/T 283—2012自密實混凝土應用技術規程和JGJ 169—2009清水混凝土應用技術規程進行。

研究表明，大量摻加氧化鐵顏料會降低混凝土的強度，氧化鐵顏料在混凝土中的摻加量一般以水泥重量的3%～5%為宜。如果用戶要求顏色特深，摻加量可增加到8%～10%，同時應摻加增強水泥強度的外加劑來保證混凝土強度不受影響。所以在配合比設計時我們取其中間值[2]，彩色自密實清水混凝土配合比如表1所示。

表1 彩色自密實清水混凝土試驗配合比 kg

2 試驗結果與分析

坍落度和擴展度按照GB/T 50080—2016普通混凝土拌合物性能試驗方法標準進行測定。混凝土的抗壓強度按GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準的規定進行測定。D7組擴展度測量如圖1所示，著色試塊的試壓如圖2所示。

2.1 和易性分析

方案1選擇了小粒徑的石子,但是由于其比表觀面積過大而導致包裹的水泥漿體不足使得出現成團的現象，并且坍落度幾乎為零，擴展度幾乎為零。

方案2選用大粒徑石子進行試拌，沒有出現漿體不足的情況，坍落度為255 mm，延展度563 mm，滿足自密實混凝土的和易性要求。由于沒有加入消泡劑，表面氣孔的數量較多且氣孔孔徑較大。

方案3當引氣劑和消泡劑均為內摻，使用聚羧酸系高效減水劑條件下，拌成的混凝土粘稠且流動性差、坍落度為190 mm而不達標、延展度為360 mm而也未達標。

方案4在不改變引氣劑和消泡劑摻法摻量、不加鐵紅190顏料的情況下，試拌混凝土的坍落度為255 mm、延展度576 mm而均達到標準。得出結論為鐵紅190顏料對混凝土的和易性具有影響。

方案6在不改變水膠比和砂率的情況下，增加減水劑用量為0.3%。當引氣劑內摻、外涂消泡劑，且增加聚羧酸系高效減水劑條件下，坍落度達到了273 mm、延展度達到620 mm，滿足要求。

方案7采用“先消后引”復配法的摻外加劑方法，其配合比拌制的混凝土較其他配合比拌制的混凝土和易性更好。

D1～D7組混凝土的坍落度和擴展度的檢測值如表2所示。

表2 坍落度和擴展度檢測值 mm

2.2 抗壓強度與齡期關系

利用數值分析origin軟件將試件的抗壓強度實測值與齡期進行擬合，D2～D4組試件、D5～D7組試件的抗壓強度與齡期關系分別如圖3,圖4所示。

試塊在室溫(20±5)℃環境中放置24 h后脫模，拆模后的試件立即放在標準養護室內養護，養護齡期分別為7 d,28 d,56 d，采用10 000 N/s的加載速度測試混凝土試件的抗壓強度。

由圖3可知，因為試件D3摻加鐵紅190顏料，其抗壓強度明顯低于同養護條件和齡期下的未摻鐵紅190顏料的D2和D4組。其混凝土抗壓強度與齡期關系的擬合方程分別為D2：y=34.94+0.233 78x，D3：y=20.60+ 0.334 36x,D4：y=34.41+0.222 59x。從增長趨勢上看摻加鐵紅190顏料的D3組較未摻加鐵紅190顏料的D2,D4增長速率更快。

由圖4可知，不同外加劑的摻法對混凝土的強度影響不同，D5組、D6組和D7組的擬合曲線方程分別為D5：y=18.60+0.342 86x,D6:y=22.10+0.309 85x，D7：y=22.50+0.323 17x。就外加劑摻法對強度的影響來看，“先消后引”法的配合比拌制的混凝土有著較高的強度和強度增長率。

3 結論

1)聚羧酸減水劑的先加消泡劑后加引氣劑復配工藝與其他外加劑摻法相比，其配合比拌制混凝土的坍落度、擴展度和表觀情況明顯優于其他摻法的配合比拌制的混凝土。

2)摻加鐵紅190影響了混凝土的和易性，使得混凝土的坍落度、擴展度降低。摻加了水泥重量的5%鐵紅190顏料使得混凝土7 d，28 d，56 d抗壓強度降低且低于設計值。

3)外涂消泡劑表觀情況與內摻消泡劑相比，氣孔的數目減少且氣孔也較小。