外加劑摻量對C50 粉煤灰混凝土軸心抗壓及抗折強度影響試驗研究

孫 猛 孔維興 胡佐君 姜長領

1中鐵七局集團鄭州工程公司（450001） 2 鄭州大學水利科學與工程學院（450001）3 中國建筑第三工程局第一建設工程有限責任公司（430040） 4 駐馬店市公路工程開發有限（463000）

0 引言

外加劑目前已經是配制水泥砂漿和混凝土的重要的輔助材料和必不可缺的組分，是在混凝土中加入的少量的無機或有機化合物，以提高或改善混凝土的某些性能。不同種類的混凝土外加劑在混凝土中起著不同的作用， 可以對混凝土的流變速度、凝結時間、硬化速度等進行控制，改善混凝土的部分性能，使混凝土易于施工，并節省經濟成本。一般按實際工程需要使用對應的外加劑加入混凝土中，但是外加劑的添加量需要進行嚴格控制，摻量太少達不到工程實際要求的效果，摻量太大則會使混凝土強度降低、質量變差，甚至拌和狀態出現問題、無法成型。 應該按照產品說明書中的摻量，并進行必要的試配試驗，確定外加劑的具體摻量。 目前應用于高性能混凝土中的外加劑多為高效復合外加劑，以此改善混凝土的綜合性能，使高性能混凝土真正成為高強、耐久、綠色、經濟的新型材料[1-2]。

外加劑的種類繁多，其性能也不盡相同。 工程中常用的外加劑有減水劑、引氣劑、早強劑、速凝劑、緩凝劑、阻銹劑、防水劑等。 其中減水劑大多為減水效能高的聚羧酸高性能減水劑，其是由第一代的木質素磺酸鹽逐漸演變為第二代的縮聚型聚合物高效減水劑（萘系和三聚氰胺系），最終發展出的第三代混凝土減水劑[3-4]。 根據外加劑摻入時的狀態，摻入時間可分為先摻法、溶液同摻法、滯水法和后摻法。先摻法是將固態粉末狀的外加劑與水泥在加水攪拌前混合加入[5]。 林雅蓮[6]、陳萍[7]等研究發現，在混凝土中加入高效減水劑和粉煤灰，拌和質量得到較大提升，混凝土的強度也得到較大的改善，7 d 的立方體抗壓強度達到了設計預期要求的105%，28 d 的立方體抗壓強度達到了設計預期要求的136%。 鐘含[8]等人研究發現，摻加礦物摻合料及高性能減水劑后，混凝土拌合物的和易性得到改善，總體性能良好；高性能減水劑的種類和摻量對自密實混凝土的和易性有明顯影響；礦物摻合料的種類和摻量對混凝土密實度的影響要大于水膠比；粉煤灰與礦粉相比，前者更有利于混凝土密實度的改善。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

水泥選用河南省駐馬店市豫龍同力水泥有限公司生產的P·O 52.5 級水泥；粉煤灰選用河南省平頂山市生產的Ⅱ級粉煤灰；細骨料選用正陽縣淮河產的細度模數為2.3~3.0 的天然河砂；粗骨料為粒徑4.75~19 mm 連續級配的碎石；拌合及養護用水為飲用水；減水劑選用新鄉市潔神建材科技有限公司生產的JS-Y01 聚羧酸高性能減水劑，具體成分見表1。

表1 外加劑成分表

1.2 混凝土配合比

本次試驗配合比參照《普通混凝土配合比設計規程》JGJ 55—2011 設計，由于新規范《粉煤灰混凝土應用技術規范》 GB/T 50146—2014 中已不再采用基準混凝土配合比的設計思想，取締了超量取代法的設計方法，所以文章增設了等量取代法的對照組。

表2 C50 粉煤灰混凝土配合比

1.3 試驗方法

混凝土軸心抗壓強度測試試驗每組3 個試件，尺寸為150 mm×150 mm×300 mm；混凝土抗折強度測試試驗每組3 個試件，尺寸為150 mm×150 mm×550 mm。軸心抗壓強度測試試件和抗折強度測試試件在標準養護28 d 后，根據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T 50081—2002 進行各項性能測試。

2 試驗結果與分析

不同外加劑摻量粉煤灰C50 混凝土28 d 軸心抗壓強度及抗折強度試驗結果見表3。

2.1 不同外加劑粉煤灰C50 混凝土軸心抗壓強度

不同外加劑粉煤灰C50 混凝土軸心抗壓強度如圖1 所示。

圖1 28 d 軸心抗壓強度

如圖1 所示，F=10%、W=0.9%試驗組28 d 軸心抗壓強度較差，比基準混凝土略有下降，分析混凝土制作過程發現，該組混凝土在拌制過程中出現了泌水及離析現象， 甚至在制作混凝土試件的過程中，有的試件成型后表面出現干縮裂縫，導致其軸心抗壓強度降低。 總體來說，相同外加劑、摻量相同的情況下，粉煤灰摻量在15%和20%的28 d 強度發展更好，且外加劑摻量在0.7%～0.5%更合適。

2.2 不同外加劑粉煤灰C50 混凝土軸心抗壓強度和抗折強度試驗結果分析

圖2 28 d 抗折強度

從圖2 可以明顯看出，相比于基準混凝土組，同一外加劑摻量下， 摻粉煤灰各組的28 d 抗折強度均有一定程度下降，“粉煤灰取代率10%、外加劑摻量0.9%”與“粉煤灰取代率15%、外加劑摻量0.9%”兩組配合比方案，其抗折強度降低過多，不符合要求；在外加劑摻量為0.9%的情況下，取代率為10%的試驗組的抗折強度下降最大，約為41.7%。 究其原因，對于W=0.9%的各組，其強度較低是由于外加劑會影響拌合物的狀態，甚至導致混凝土的力學性能下降，對抗折強度的影響較抗壓強度更為顯著。在粉煤灰替代率為10%時，外加劑摻量為0.7%時混凝土抗折強度相對較高； 在粉煤灰替代率為15%時，外加劑摻量為0.6%時混凝土抗折強度基本接近基準混凝土抗折強度，取得較理想的抗折強度。 對比不同粉煤灰替代率， 外加劑最佳摻量基本穩定在0.7%～0.5%之間。但毫無疑問，每個試驗組的抗折強度基本都達到了立方體抗壓強度的1/10，能夠滿足要求。

表3 28 d 齡期不同外加劑摻量粉煤灰C50 混凝土軸心抗壓強度及抗折強度試驗結果

3 結論

1）針對粉煤灰C50 混凝土，外加劑摻量過大會影響混凝土拌和物的狀態，過小則起不到應有的效用，因此，高強粉煤灰混凝土的制作要充分考慮外加劑的摻量，混凝土使用前要通過試驗方法確定合適的外加劑摻量，進而保證粉煤灰混凝土的工作性和力學性能。

2）文章各組配合比試驗結果基本都能滿足使用要求，經綜合比選，考慮實際施工和易性和經濟效益，選擇“粉煤灰取代率15%、外加劑摻量0.6%”作為最終的配合比方案。