增效劑在商品混凝土中應用研究

歐陽孟學 張凱峰 郭 艷 李艷超 趙世冉 張學杰

（1.中建商品混凝土西安有限公司，陜西 西安 710116；2.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055）

前言

隨著建筑業的迅速發展，作為需求量較大的建筑材料之一，混凝土的使用和發展備受關注。在保證混凝土使用質量的情況下如何降低其生產成本，是混凝土行業所面臨的首要任務。研究表明，混凝土中有超過20%的水泥不能充分進行水化反應，只起到填充作用，因而對于未水化水泥是一種浪費，不能充分發揮其強度[1]。由于常用減水劑與水泥作用機理的局限性[2]，當減水劑摻量達到某一值時，對混凝土不再發揮其減水作用，導致難以保障其經濟效益。如何在保證經濟效益的前提下，使剩余20%的水泥發揮作用，是目前混凝土行業所面臨的重點難題與考驗。經過科研工作者的不懈努力，一種新型外加劑—增效劑（BTC）攻克了這一難題。增效劑與水泥適應性好，并能在保證混凝土強度的情況下能減少水泥用量、降低生產成本。本文主要探討增效劑對不同強度等級混凝土的工作性能、力學性能及生產成本的影響。

1 試驗原材料

（1）水泥：采用陜西冀東海德堡扶風水泥有限公司生產的盾石牌P·O42.5水泥，其主要技術性能指標見表1。

（2）粉煤灰：采用陜西渭河電廠生產的II級粉煤灰，細度為13.6%。

（3）礦渣粉：采用陜西德龍粉體工程有限公司生產的S95級礦渣微粉，比表面積430m2/kg。

（4）粗集料：使用陜西涇陽縣破碎石灰石，具體物理性能指標見表2。

（5）細集料：渭河中砂，細度模數為2.6，級配良好，含泥量1.4%，泥塊含量0.3%。

表1 水泥技術性能指標

（6）外加劑：大連西卡建筑材料有限公司聚羧酸系高效減水劑，外觀為淡黃色透明液體，其主要技術性能指標見表3。

（7）增效劑：采用北京某建材公司生產的以聚合物為主體的高效復合添加劑，外觀為無色半透明液體，密度1.005g/cm3，堿含量0.3%。

（8）水：普通自來水。

2 試驗方案

2.1 試驗方法

試驗主要對C30-C55六個常用的強度等級混凝土配合比進行對比試配驗證，按照實際生產情況，使用固含量10%的聚羧酸系高效減水劑對混凝土配合比進行試配驗證，基準樣與對比樣的水膠比應相對接近、外加劑摻量應保持一致，且混凝土拌合物工作性能應相近。根據增效劑產品使用說明，應按照減掉膠材后剩余總膠材量的0.6%添加。

2.2 混凝土配合比設計

試驗使用的配合比為常用的C30-C55泵送混凝土基準配合比。以C30為例，未摻BTC功能型外加劑的混凝土配合比用C30-0（基準樣）來表示，C30-1（對比樣1）表示減少10%水泥用量后按照剩余總膠材量摻入0.6%增效劑，C30-2（對比樣2）表示減少15%水泥用量后按照剩余總膠材量摻入0.6%增效劑，其他強度等級以此類推，各配合比的水膠比均參照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）[3]和回歸分析計算得到，并根據實際生產經驗調整部分參數，最終確定如下試驗用混凝土配合比，見表4。

表2 粗集料的技術性能指標

表3 外加劑的技術性能指標

圖1 不同強度等級混凝土坍落度

圖2 不同強度等級混凝土擴展度

3 結果與討論

混凝土拌合物工作性能的好壞不僅影響到澆筑施工質量，而且響混凝土力學性能及耐久性能的發展[4]。本文對比研究了增效劑對6個不同強度等級混凝土的工作性能、力學性能及生產成本的影響。

由不同強度等級混凝土的坍落度（見圖1）和擴展度（見圖2）可知，分別在減少10%和15%水泥用量時，混凝土坍落度和擴展度良好，均能保證混凝土的工作性能，且較基準混凝土有所改善，這是通過增效劑與水泥微觀化學作用機理來完成的。摻入增效劑以后，分散了富余水泥顆粒并提升減水劑性能，混凝土拌合物坍落度明顯加大，和易性更好，無泌水，不離析。

分析研究6個強度等級混凝土成型基準樣與對比樣的3d、7d、28d抗壓強度，摻入增效劑后，各強度等級混凝土的早、后期強度均有增加。對于C30-C45強度等級混凝土，對比組混凝土3d抗壓強度均與基準組混凝土相當，7d、28d抗壓強度增長較快，均高于基準混凝土抗壓強度值（見圖3中（a）、（b）、（c）、（d））；對于C50-C55強度等級混凝土，摻入增效劑后，對比樣混凝土3d抗壓強度與基準組相當，但隨著齡期的增加，在7d、28d時摻增效劑的混凝土強度達到并超過基準混凝土抗壓強度值（見圖3中（e）、（f））。

從圖3中還可以看出，對于C30-C45強度等級混凝土，減少水泥用量15%與減少10%時28d強度相差不大；對于C50-C55強度等級混凝土，減少水泥用量10%比減少15%時增加效果明顯。因此，可以認為減少水泥用量10%～15%后，使用增效劑基本能保證混凝土工作性及力學性能。

表4 混凝土配合比

根據圖4對比分析增效劑對生產成本的影響可以看出，加入增效劑后，在保證混凝土具有良好的工作性能和力學性能的前提下，對比樣1和2的混凝土生產成本較基準混凝土明顯降低，節約生產成本約3～5元/m3，這產生的經濟效益可觀。

圖3 不同強度等級混凝土不同齡期的抗壓強度

圖4 摻增效劑的不同強度等級混凝土成本

結論

（1）增效劑與使用的水泥適應性良好，能改善混凝土的工作性能，提高混凝土拌合物的粘聚性和可泵送性。

（2）增效劑在C30-C55等6個常用強度等級混凝土配合比中均可應用，且不同等級的混凝土的早期及后期力學性能均有所提高。

（3）使用增效劑，在保證混凝土工作性能和力學性能基礎上，可減少水泥用量約10%～15%，降低了混凝土的生產成本。推廣使用增效劑，具有較好的經濟效益和社會效益。

[1] P.K. Mehta, Paulo J.M. Monteiro. 混凝土結構、性能和材料[M]. 中國電力出版社: 2008.

[2] Y. Kazuhiro, T. Ei-ichi, K. Kenji, et.al. Adsorption characteristics of superplasticizers on cement component minerals [J]. Cement and Concrete Research, 2002, 32: 1507-1513.

[3] JGJ55-2011, 普通混凝土配合比設計規程[S].北京：中國標準出版社, 2011.

[4] 鄒天平. 水利工程施工技術的新進展[J]. 科技與生活, 2013, 41（8）: 176-177.