增效劑對混凝土工作性能及力學性能的影響

邱盛，李濤，于志強，吳家有

（1. 中建商品混凝土廣西有限公司，廣西 南寧 530221；2. 廣西屹桂混凝土有限公司，廣西 南寧 530221）

0 前言

隨著國家經濟的快速發展，基礎建設力度不斷加大，混凝土成了土木工程中使用量最多的建筑材料。近來受國家節能減排的政策要求，水泥出現了供不應求的局面，價格更是一路飆漲，對混凝土企業及施工單位造成了巨大的成本壓力[1]。不僅如此，由于砂石品質下降，攪拌站生產往往為了提高混凝土工作性和強度富余值而提高水泥用量，而根據研究表明，混凝土中有將近20% 水泥沒有完全水化，只是作為惰性填充材料，造成極大資源浪費[2]。混凝土增效劑是一種有機物，具有一定分散、激發作用[3]，通過選擇合適的增效劑并進行配合比優化，在保證混凝土綜合性能與原配合比相同甚至略有提高的情況下，各強度等級的混凝土可降低水泥用量 8%～13% 的用量[4]。因此，本文系統地研究了兩種增效劑與不同種類水泥的適應性以及對 C20、C30 混凝土工作性能和力學性能的影響，為預拌混凝土攪拌站應用增效劑提供應用參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 水泥

崇左紅獅 P·O42.5，武鳴紅獅 P·O42.5，隆安海螺P·O42.5，其物理性能如表 1 所示。欽州藍島 F 類 Ⅱ級粉煤灰，細度 24.8%，燒失量 1.1%，需水比 98%。上林機制砂細度模數 2.6，石粉含量 5.2%，亞甲藍值 1.0。上林 5～31.5mm 連續級配碎石，針片狀含量3.0%，壓碎值 9.0，空隙率 44%。中建新材料科技有限公司減水劑，固含量 11.2%，減水率 21.0%；增效劑A，推薦摻量為膠凝材料的 0.6%～0.8%；增效劑 B，推薦摻量為膠凝材料的 0.6%～0.8%。

表1 水泥物理性能

1.2 試驗方法

參照 JGJ/T 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》設計 C20、C30 基準配合比，如表 2 所示。

表2 基準配合比 kg/m3

本試驗混凝土拌合物試驗方法參照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行；力學性能試驗方案參照 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行。

2 試驗結果與分析

2.1 增效劑與不同種類水泥適應性研究

針對三種不同水泥的 C20、C30 基準混凝土配合比，摻入膠材總量 0.6% 增效劑，分別降低 15kg、20kg水泥，對比基準混凝土與增效劑混凝土的工作性差異，探究增效劑與不同水泥的適應性，結果如表 3 所示。

從表 3 可以看出，基于增效劑 B 與增效劑 A，使用崇左紅獅水泥配制增效劑混凝土與基準混凝土相比，減水劑摻量均略微降低，但增效劑 B 混凝土損失明顯，相比之下增效劑 A 與崇左水泥的適應性要優于增效劑B；使用武鳴紅獅水泥，增效劑 A 混凝土包裹性差、粘度大，顯然增效劑 B 與武鳴紅獅水泥的適應性要優于增效劑 A；使用隆安海螺水泥，兩種增效劑均與水泥表現不適應性，但隨著混凝土強度等級增加，增效劑 A 的適應性要優于增效劑 B。

2.2 增效劑與同種類水泥適應性研究

以 C30 混凝土為基準，摻入膠材總量的 0.6% 增效劑 A 降低 20kg 水泥，探究與不同時間段的崇左水泥適應性，工作性能如表 4 所示。

從表 4 可以看出，與基準混凝土相比，使用 1 月的崇左紅獅水泥配制增效劑混凝土出現出機坍損現象；而使用 3 月和 5 月的崇左紅獅水泥配制增效劑混凝土工作性良好，結果表明增效劑 A 與同種水泥不同時間段也存在明顯的適應性差異。其原因可能為水泥生產廠家季節性調整配方、原材料變化及其他原因，水泥本身存在一定的質量波動，而加入增效劑后放大了變化程度，從而表現出不適應性。

從表 3 和表 4 的試驗結果表明，不同種類增效劑與同種水泥、同種增效劑與不同水泥、同種增效劑與不同時間段的同種水泥均存在適應性差異。

表3 不同水泥的增效劑混凝土工作性能

表4 同種水泥增效劑混凝土工作性能

2.3 增效劑對混凝土力學性能的影響

以 C20、C30 混凝土為基準，研究增效劑對不同種類水泥制備的混凝土力學性能的影響。一是在不減少水泥用量的條件下加入膠材總量 0.6% 的 A 增效劑（對比 A 組），二是 C20、C30 基準配合比分別減少水泥15kg、20kg，摻入膠材總量 0.6% 的 A 增效劑（對比 B組）。分別在 7d、28d、60d、120d 時進行抗壓強度檢

測，每個齡期需制作 2 組試件，包含標準養護試件及室內自然養護試件，研究基準配混凝土與增效劑混凝土的力學性能差異，如表 5 所示。

表5 基準混凝土與增效劑混凝土抗壓強度對比 MPa

圖1 標養基準組混凝土與對比 A 組混凝土強度對比

從表 5 與圖 1 分析可知，基準組與對比 A 組在不同的水泥配制增效劑混凝土時，C20、C30 各齡期標準養護強度發展規律表現差異較大。使用武鳴紅獅水泥，28 天強度均值 25.1MPa，120 天強度均值 35.7MPa，28 天至 120 天強度增幅 42%；而 C20 增效劑混凝土 28天強度均值 24.6MPa，120 天強度均值 35.2MPa，28天至 120 天強度增幅 42%，與基準混凝土基本持平；C30 基準混凝土 28 天強度均值 34.2MPa，120 天強度均值 40.0MPa，28 天至 120 天強度增幅 17%；C30 增效劑混凝土 28 天強度均值 32.6MPa；120 天強度均值40.3MPa，28 天至120天強度增幅 23.6%。使用崇左紅獅水泥，C20 基準混凝土 28 天強度均值 24.7MPa；120天強度均值 33.9MPa，28 天至 120 天強度增幅 37%；而 C20 增效劑混凝土 28 天強度均值 25.0MPa；120 天強度均值 34.4MPa，28 天至 120 天強度增幅 38%；C30 基準混凝土 28天強度均值 33.6MPa，120 天強度均值 40.9MPa，28 天至 120 天強度增幅 21.7%；C30 增效劑混凝土 28 天強度均值 30.4MPa，120 天強度均值37.6MPa，28 天至 120 天強度增幅 24%。使用隆安海螺水泥，C20 基準混凝土 28 天強度均值 21.8MPa，120天強度均值 30.7MPa，28 天至 120 天強度增幅 41%；而 C20 增效劑混凝土 28 天強度均值 22.1MPa；120 天強度均值 31.5MPa，28 天至 120 天強度增幅 42%；C30 基準混凝土 28 天強度均值 32.2MPa，120 天強度均值 40.6MPa，28 天至 120 天強度增幅 26%；C30 增效劑混凝土 28 天強度均值 35.9MPa；120 天強度均值42.1MPa，28 天至 120 天強度增幅 17%。綜上所述，在相同配合比加入 0.6% 的增效劑，其混凝土各齡期抗壓強度因水泥品種不同對同齡期強度提升及強度增長率差異較大。

圖2 標養基準混凝土與對比 B 組混凝土強度對比

由表 5 和圖 2 分析可知，在 C20、C30 基準混凝土分別減少 15kg/m3和 20kg/m3水泥用量配制增效劑混凝土時，標養條件下使用武鳴紅獅水泥，C20 增效劑混凝土 28 天強度均值 20.9MPa，低于基準混凝土 4.2MPa，120 天強度均值 28.6MPa，低于基準混凝土 7.1MPa；C30 增效劑混凝土 28 天強度均值 35.2MPa，高于基準混凝土 1.0MPa，120 天強度均值 43.4MPa，高于基準混凝土 3.0MPa。使用崇左紅獅水泥，C20 增效劑混凝土 28 天強度均值 25.8MPa，高于基準混凝土 1.1MPa，120 天強度均值 33.3MPa，低于基準混凝土 0.6MPa；C30 增效劑混凝土 28 天強度均值 34.1MPa，高于基準混凝土 0.5MPa，120 天強度均值 41.0MPa，高于基準混凝土 0.1MPa。使用隆安海螺水泥，C20 增效劑混凝土28 天強度均值 25.2MPa，高于基準混凝土 3.4MPa，120天強度均值 33.3MPa，高于基準混凝土 2.6MPa；C30增效劑混凝土 28 天強度均值 32.7MPa，高于基準混凝土 0.5MPa，120 天強度均值 40.1MPa，低于基準混凝土0.5MPa。綜上所述，標養條件下 C20、C30 基準混凝土分別減少 15kg/m3和 20kg/m3水泥用量配制增效劑混凝土 28 天強度均能達到設計要求，但各齡期混凝土抗壓強度因水泥品種不同或高于基準混凝土，或低于基準混凝土，但均在 5MPa 范圍內，28 天至 120 天強度增幅與基準混凝土基本持平，其中崇左紅獅水泥 C20、C30增效劑混凝土強度發展曲線與基準混凝土高度相似，各齡期抗壓強度與基準混凝土相當甚至高于基準混凝土。

圖3 自養基準混凝土與對比 A 組混凝土強度對比

從表 5 和圖 3 分析可知，在同配合比條件摻入0.6% 的增效劑配制增效劑混凝土，自養條件使用武鳴紅獅水泥，C20 基準混凝土 28 天強度均值 28.8MPa；120 天強度均值 33.2MPa，28 天至 120 天強度增幅15.3%；而 C20 增效劑混凝土 28 天強度均值 27.4MPa，120 天強度均值 35.3MPa，28 天至 120 天強度增幅29%。C30 基準混凝土 28 天強度均值 35.6MPa，120天強度均值 40.4MPa，28 天至 120 天強度增幅 14%；C30 增效劑混凝土 28 天強度均值 31.6MPa，120 天強度均值 40.9MPa，28 天至 120 天強度增幅 29%。使用崇左紅獅水泥，C20 基準混凝土 28 天強度均值27.8MPa；120 天強度均值 33.5MPa，28 天至 120 天強度增幅 21%；而 C20 增效劑混凝土 28 天強度均值 25.5MPa，120 天強度均值 33.3MPa，28 天至 120天強度增幅 31%。C30 基準混凝土 28 天強度均值36.5MPa，120 天強度均值 42.9MPa，28 天至 120 天強度增幅 17.5%；C30 增效劑混凝土 28 天強度均值33.3MPa；120 天強度均值 37.8MPa，28 天至 120 天強度增幅 14%。使用隆安海螺水泥，C20 基準混凝土 28天強度均值 24.9MPa，120 天強度均值 28.5MPa，28 天至 120 天強度增幅 14%；而 C20 增效劑混凝土 28 天強度均值 23.6MPa，120 天強度均值 26.7MPa，28 天至 120 天強度增幅 17%。C30 基準混凝土 28 天強度均值 32.5MPa，120 天強度均值 38.8MPa，28 天至 120天強度增幅 19%；C30 增效劑混凝土 28 天強度均值34.5MPa；120 天強度均值 36.8MPa，28 天至 120 天強度增幅 7%。綜上所述，在相同配合比加入 0.6% 的增效劑，三種水泥自然養護條件下增效劑混凝土早期強度并未顯著提高，甚至低于基準混凝土，且后期強度增幅差異較大。

圖4 自養基準混凝土與對比 B 組混凝土強度對比

由表 5 和圖 4 分析可知，在 C20、C30 基準混凝土分別減少 15kg/m3和 20kg/m3水泥用量配制增效劑混凝土時，自養條件下使用武鳴紅獅水泥，C20 增效劑混凝土 28 天強度均值 23.7MPa，低于基準混凝土 5.1MPa，120 天強度均值 28.1MPa，低于基準混凝土 5.1MPa；C30 增效劑混凝土 28 天強度均值 38.4MPa，高于基準混凝土 2.8MPa，120 天強度均值 43.4MPa，高于基準混凝土 3.0MPa。使用崇左紅獅水泥，C20 增效劑混凝土 28 天強度均值 29.3MPa，高于基準混凝土 1.5MPa，120 天強度均值 34.7MPa，高于基準混凝土 1.2MPa；C30 增效劑混凝土 28 天強度均值 36.8MPa，高于基準混凝土 0.3MPa，120 天強度均值 44.2MPa，高于基準混凝土 1.3MPa。使用隆安海螺水泥，C20 增效劑混凝土28 天強度均值 27.1MPa，高于基準混凝土 2.2MPa，120天強度均值 31.9MPa，高于基準混凝土 3.4MPa；C30增效劑混凝土 28 天強度均值 35.7MPa，高于基準混凝土 3.2MPa，120 天強度均值 41.4MPa，高于基準混凝土2.6MPa。

由表 5 和圖 4 還可以看出，自養條件下 C20、C30基準混凝土分別減少 15kg/m3和 20kg/m3水泥用量配制增效劑混凝土 28 天強度均能達到設計要求，其中崇左紅獅水泥和隆安海螺水泥 C20、C30 增效劑混凝土各齡期抗壓強度均高于基準混凝土，但是整體增效劑混凝土抗壓強度因水泥品種不同表現出一定的差異。

3 結論

（1）不同種類增效劑與不同種類水泥適應性差異較大，即使用同種增效劑和同種水泥不同批次配制增效劑混凝土仍會表現出工作性差異，在配制增效劑混凝土時，需要定期組織混凝土工作性試配驗證工作。

（2）利用增效劑制備混凝土，在標準養護和自然養護條件下，與基準混凝土相比，120d 齡期內強度發展趨勢因水泥品種不同而表現出差異性，無統一的規律。

（3）選擇與原材料適應性良好的增效劑制備混凝土，可以在保持工作性、強度與基準混凝土相當的前提下減少一定量的水泥用量，降低混凝土成本。