礦物摻和料和增黏劑對高流動混凝土性能的影響分析

甄偉超

摘 要 水泥混凝土工程朝著復合化、高強度、高性能的方向發展，對混凝土的要求更加嚴格和日趨復雜，如何保證特殊結構工程質量，消除施工噪聲危害等，普通混凝土已無法滿足，一種新型的免振搗混凝土—高流動混凝土應運而生并逐步發展起來。本文主要探討了礦物摻和料對高流動混凝土性能的影響，同時探討增粘劑對高流動砂漿力學性能、工作性能和孔隙構造的影響，為高流動混凝土設計、施工提供參考借鑒。

關鍵詞 高流動；混凝土；工作性能

1 概述

水泥混凝土是當代最主要的建筑材料之一，全世界每年水泥混凝土的用量都在50億立方米以上。水泥混凝土由于其原材料來源廣泛，制備簡單，生產成本較低等顯著特點，是最重要的和不可替代的工程結構材料之一。在其應用的一百多年歷史中，隨著科學技術的進步和工程實踐的不斷深入，水泥混凝土的用途愈來愈廣泛，無論是鐵路、公路、大壩、橋梁、隧道、建筑、港口碼頭等，水泥混凝土無處不在。可以說人類是置身在水泥混凝土的世界中。

隨著水泥混凝土工程朝著復合化、高強度、高性能的方向發展，對混凝土的要求更加嚴格和日趨復雜，如何保證工程質量，加快施工進度，促進施工管理，解決繁雜勞動及熟練技工的不足、消除施工噪聲危害等，普通混凝土已無法滿足。特別是近幾年商品混凝土與泵送混凝土工業迅速發展，對新拌混凝土的大流動性及在運輸澆筑過程中較長時間的保塑性提出了新的要求。一些工程結構的高強度要求使得鋼筋混凝土構件配筋稠密且復雜，混凝土難于振搗，有的則是特種薄壁結構、高細結構、淺埋暗挖工程、隧道和地下結構，根本沒有振搗可操作空間，施工非常困難。于是，一種新型的免振搗混凝土——高流動混凝土應運而生并逐步發展起來。

1.1 高流動混凝土的特點

高流動混凝土具有優良的變形能力和抗離析性，在澆筑過程中不用振搗而完全依靠自重作用自由流淌，穿越鋼筋間隙充分填充模板空間，同時具有足夠的粘聚性，防止離析泌水，拌和物均勻密實，硬化后具有良好的力學性能和耐久性能。

1.2 礦物摻和料、增粘劑在混凝土中的作用意義

配制高流動混凝土需要大量利用粉煤灰、礦渣、硅灰等工業固體廢棄物，有利于資源的綜合利用和生態環境的保護。不僅適應了當代混凝土工程超大規模化、復雜化的要求，而且為混凝土走向綠色化、高性能化提供了技術保障，是混凝土工業的一次革命。礦物摻和料具有形態效應、活性效應以及微集料效應，在高流動混凝土中摻入礦物摻和料可以明顯改善拌和物的流變性能，提高硬化混凝土的強度和耐久性。在高流動混凝土的配制過程中，通常采用添加高效減水劑來達到減小混凝土拌合物的屈服應力從而獲得較好的流動性，但高效減水劑也會降低混凝土的黏聚性，增加離析現象的發生。因此，為提高高流動混凝土的抗離析性，需添加增粘劑 。而高流動混凝土中摻入增粘劑會對力學性能、微孔結構等各方面性能產生一定的影響。

本文主要探討了礦物摻和料對高流動混凝土性能的影響，同時探討三種增粘劑（PR-328、HPMC、HTL-S100）對高流動砂漿力學性能、工作性能和孔隙構造的影響[1]。

2 礦物摻和料對高流動混凝土性能的影響

高流動混凝土要分別或同時滿足多元組分優化配置、良好的工作性、高強度、良好的耐久性等多方面的技術要求，故在原材料選擇上要比普通混凝土更加嚴格、復雜。礦物摻和料是高流動混凝土中不可缺少的組分，主要有：粉煤灰、磨細礦渣、硅灰等。在高流動混凝土中摻入活性礦物摻和料不僅可節約水泥，有顯著的經濟效益和環境效益，更重要的還在于只有摻入活性礦物摻和料才可取得許多重要的技術效果。在高流動混凝土粉體材料中摻用礦物摻和料可以調節新拌混凝土的工作性能和施工性能，而且高流動混凝土中的漿體總量比普通混凝土的大，如果僅用水泥作為粉體材料，則會引起混凝土早期水化熱較大、硬化混凝土收縮較大，不利于提高混凝土的耐久性和體積穩定性。

高流動混凝土一般分為三種類型：粉體系、增粘劑系和并用系。后兩種類型的高流動混凝土均要使用到增粘劑，增粘劑能顯著增加水溶液的黏度，解決高流動度的新拌混凝土的變形能力和抗離析性的矛盾，提高高流動混凝土的穩定性、充填性，但是一般摻入增粘劑會使混凝土硬化后的強度有所影響。

礦物摻和料對高流動混凝土性能影響，混凝土的礦物外摻料包括粉煤灰、礦渣、硅灰等。這些摻和料是高流動混凝土必不可少的組分，摻入活性礦物摻和料可節約水泥，有顯著的經濟效益，更重要的還在于在高流動混凝土中只有摻入活性礦物摻和料才可取得許多重要的技術效果。眾所周知，活性混合材有“活性效應”、“界面效應”、“微填效應”和“減水效應”。在高流動混凝土中，要充分地發揮這些效應，一是要求混合材料的顆粒粒徑與水泥顆粒在微觀上應形成級配體系；二是球形玻璃體含量要高，因球形玻璃體混合材的減水效應顯著，需水量比可大大降低。摻用礦物摻和料的目的是調節混凝土的施工性能、增強混凝土的耐久性。它不僅可以彌補細粉料的不足，減少混凝土拌和物的離析泌水現象，改善混凝土的泵送等施工性能，還可以提高混凝土的耐久性。活性礦物材料與水泥水化產物Ca（OH）2起火山灰反應，生成C-S-H，使硬化水泥漿內的孔隙細化，提高了水泥漿和水泥漿-集料界面的強度，反應消耗了Ca（OH）2，有利于混凝土在酸性條件下的耐久性。活性礦物摻和料可降低混凝土初期的水化熱，控制混凝土的溫升，減少溫度裂縫，因此礦物細摻料具有低需水量和高活性的特點。為了保證混凝土的耐久性，可利用不同摻和料的復合效應。例如，礦渣比粉煤灰活性高，而抗離析性差，粉煤灰比礦渣抗碳化性能差，但收縮小。硅灰需水量大，但是能提高高流動混凝土的穩定性[2]。

3 增粘劑對高流動混凝土性能的影響

增粘劑是近幾年研究開發的一種新型的水泥混凝土外加劑，它能夠增加水泥膠凝材料的粘聚性和黏結力，減少材料組分的分離率，提高水泥膠凝材料的勻質性。增粘劑目前正越來越多的應用于水泥混凝土中，主要應用于高流動砂漿、高流動混凝土、水下不分散混凝土以及噴射混凝土中。

增粘劑能顯著增加水溶液的黏度，解決高流動度、高擴展度的新拌砂漿和混凝土的變形能力和抗離析性的矛盾，但是一般摻入增粘劑會對砂漿和混凝土性能有所影響。通過高流動砂漿來研究三種增粘劑類型（PR-328、HPMC、HTL-S100）不同摻量對高流動砂漿力學性能、工作性能和孔隙構造的影響。最后，選擇一種增粘劑進行高流動混凝土的配制[3]。

4 結束語

通過上述各種原材料的敏感性分析，可以得出以下結論：

（1）在實際工程應用中，粉煤灰是高流動混凝土最常用的礦物摻和料，粉煤灰可以改善混凝土的工作性能，降低混凝土拌和物流動性的經時損失，具有形態效應、活性效應以及微集料效應。高爐礦渣抗離析性差，需水量小，但是可以改善混凝土的工作性。硅灰可以改善混凝土拌和物的黏聚性及流變性，大幅度提高混凝土拌合物的穩定性，顯著降低泌漿和泌水。

（2）增粘劑可以明顯改善拌和物的粘聚性。由于增粘劑有良好的保水作用，加入增粘劑后的高流動砂漿幾乎沒有泌水情況的發生。增粘劑可以提高高流動砂漿的填充性能和拌和性能。

（3）三種增粘劑對砂漿強度都有一定的影響，PR-328降低了砂漿強度，并且隨著摻量的增大，抗壓強度減小，但對抗折強度影響不大；而摻HPMC和HTL-S100兩種增粘劑的砂漿的抗壓和抗折強度均有所增大，其中摻入HTL-S100對砂漿的抗壓和抗折強度的增強作用較明顯，但是隨著摻量的增大砂漿的抗壓和抗折強度均有所降低。

（4）增粘劑對砂漿的孔隙構造有一定的影響，主要表現為增粘劑的摻入在某種程度上抑制混凝土微觀孔結構的變化，使混凝土孔隙構造隨齡期的變化量減小。當齡期為28天時，摻入增粘劑的砂漿的總孔隙量均高于普通砂漿。摻入增粘劑后，混凝土中的大孔隙和毛細孔隙有所增加，而凝膠孔隙有所減小。

（5）本文使用了砂漿強度減小的增粘劑——PR-328來配制并用系高流動混凝土，其新拌混凝土的工作性能和硬化混凝土的力學強度均滿足要求。因此可以預計，利用HPMC和HTL-S100也可配制出滿足工程要求的并用系高流動混凝土，所以這三種增粘劑均可以運用于高流動混凝土的配制。

總之，增粘劑可以增加混凝土的粘聚性，提高混凝土的黏性，減少泌水，有效提高高流動混凝土的性能。由于黏性的增加，混凝土內部孔隙量有所增加，特別是大孔隙和毛細孔隙增加，從而對混凝土的強度等性能產生一定的影響，在實際工程中應予以關注。

參考文獻

[1] 汪瀾.水泥混凝土組成、性能、應用[M].北京：中國建材工業出版社，2005：97.

[2] 吳紅娟.高流動混凝土配合比設計方法研究[D].天津：天津大學，2005.

[3] 葉燕華，陳麗華，杜艷靜，等.高效減水劑和增黏劑對高流動混凝土性能的影響[J].混凝土，2008，（6）：64-67.