增效劑對混凝土性能的影響研究

夏 蕓 鄧亞芬 金科益

(浙江省建材集團有限公司 浙江杭州 310011)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)力度不斷加大，混凝土已成為當(dāng)前施工建設(shè)項目中應(yīng)用量最多的建筑材料，水泥消耗量也在不斷增長。近來受國家環(huán)保政策影響，水泥出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，給建設(shè)項目造成了巨大的成本壓力。且由于天然砂石的限采，其品質(zhì)明顯下降，混凝土生產(chǎn)企業(yè)大多采取提高水泥用量來提高混凝土工作性能，保證強度富余量。根據(jù)有關(guān)研究表明，混凝土中有將近20%水泥沒有完全水化，僅作為填充材料存在，造成極大的資源浪費[1]。

本研究是為了在保證混凝土工作性能和各項指標(biāo)不差于原配合比的情況下，達到降低水泥用量的目的。混凝土增效劑是近年來出現(xiàn)的一種新型外加劑，其作用機理，是通過提高水泥顆粒及礦物細(xì)集料的分散度，最大限度地激發(fā)每一單位水泥分子的作用，達到增強混凝土的綜合性能，并減少混凝土中水泥使用量的作用[2]。本文研究了一種LBD增效劑對混凝土工作性能和抗壓強度的影響，并基于增效劑的應(yīng)用優(yōu)化了C30混凝土配合比。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥：采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，桐鄉(xiāng)市運河水泥；粉煤灰：選用Ⅱ級粉煤灰，長新長水；礦粉：采用S95礦粉，常州中天；粗骨料：采用連續(xù)級配的粒徑為5 mm～31.5 mm的碎石，表觀密度2660 kg/m3；細(xì)骨料：用細(xì)度模數(shù)在3.0～3.4之間的機制砂和細(xì)度模數(shù)在1.0～1.2之間的天然砂按比例搭配混合使用；外加劑：萘系高效減水劑，浙江德清天和新型建材有限公司；增效劑：使用浙江來寶得新材料公司生產(chǎn)的LBD增效劑，其勻質(zhì)性指標(biāo)如表1所示，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《混凝土減膠劑》(JC/T 2469-2018)要求。

表1 某種增效劑勻質(zhì)性指標(biāo)

1.2 基準(zhǔn)混凝土配合比

本次研究采用的C30基準(zhǔn)混凝土的配合比為：m(水泥)∶m(砂)∶m(石)∶ m(礦粉)∶m(粉煤灰)∶m(減水劑)∶m(水)=281∶757∶952∶56∶60∶7.7∶175=1∶2.69∶3.39∶0.2∶021∶0.03∶0.62。

1.3 試驗方法

首先，通過混凝土試配，初步確定增效劑最佳摻量范圍。在此基礎(chǔ)上，對比不同水膠比對強度的影響，得出摻加增效劑，并保證達到設(shè)計強度時可降低的膠凝材料用量，研究不同摻量增效劑對不同水泥用量下混凝土抗壓強度的影響，以及對相同水泥用量混凝土工作性能和抗壓強度的影響。混凝土的工作性能測試按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080-2016)進行，測定新拌混凝土的坍落度和擴展度。抗壓強度測試方法根據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2019)進行，分別對標(biāo)養(yǎng)至3 d、7 d、28 d 的混凝土試塊時進行測試。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 增效劑摻量對C30混凝土坍落度及抗壓強度的影響

混凝土增效劑摻量對混凝土的工作性能影響如表2所示，對抗壓強度的影響如圖1所示。

圖1 不同摻量對混凝土抗壓強度的影響

表2 增效劑摻量對C30混凝土工作性能的影響

根據(jù)表2可知，摻加增效劑后，新拌混凝土混凝土坍落度和擴展度均有一定的增加。隨著加入的增效劑摻量提高，混凝土坍落度先升高后降低，經(jīng)時損失變高，其中摻量為0.46%時，坍落度達到200 mm，擴展度到550 mm×560 mm，經(jīng)時損失也較小。這是因為增效劑的使膠凝材料的分散程度有了一定增加，導(dǎo)致水泥水化更加充分，提高水泥漿體對粗細(xì)骨料包裹的有效性，從而改善混凝土的流動性和粘聚性[3]。同時，增效劑在與減水劑配合使用情況下，可改善由于減水劑使用而引起的離析現(xiàn)象，從而提高混凝土的粘聚性和保水性，提高混凝土的泵送性能。當(dāng)增效劑摻量為0.62%時，坍落度降低到195 mm，擴展度降低到555 mm×555 mm，經(jīng)過1h后，坍落度降低了20 mm，擴展度損失20 mm～25 mm。從工作性角度考慮，增效劑最優(yōu)摻量為0.46%。

根據(jù)圖1可知，摻入增效劑的混凝土抗壓強度明顯提高，增效劑對混凝土后期抗壓強度的影響大于前期。隨著增效劑摻量提高，混凝土的強度也隨之提高。增效劑摻量為0.46%時，混凝土的各個齡期抗壓強度均高于未添加增效劑的對照組，且較某種增效劑摻量0.3%時有較大的增長。試驗測得，增效劑摻量為0.46%時，對比基準(zhǔn)組，3 d強度提高了2%，7 d強度提高了4%，28 d強度提高了5%。增效劑摻量為0.62%時，對比基準(zhǔn)組，3 d強度提高了5%，7 d強度提高了4%，28 d強度提高了12%。

2.2 添加定量增效劑并降低水泥用量對混凝土坍落度及強度的影響

綜合考慮增效劑對混凝土工作性能的影響和經(jīng)濟因素，選擇0.46%作為增效劑的合理摻量，并在此前提下，測定不同水泥用量對混凝土坍落度以及3 d、7 d、28 d強度等性能的影響，得到摻加增效劑時的最經(jīng)濟水泥用量。混凝土增效劑摻量一定，減少水泥用量對混凝土的工作性能影響如表3所示，對抗壓強度的影響如圖2所示。

圖2 不同水泥含量對混凝土抗壓強度的影響

表3 不同水泥用量對混凝土工作性能的影響

由表3和圖2可知，隨著膠凝材料的減少，混凝土坍落度和擴展度都隨之降低，3 d、7 d、28 d強度也有一定降低。與基準(zhǔn)組對比，摻了0.46%增效劑的混凝土，在減少了7.5%的水泥后，其28 d強度與基準(zhǔn)組28 d強度相當(dāng)，3 d和7 d強度略低。因此，通過摻加0.46%增效劑的方式，可減少7.5%的膠凝材料用量，使混凝土28 d的強度不發(fā)生明顯下降。

3 經(jīng)濟環(huán)境效益分析

選擇常用的C30等級混凝土進行成本核算，分別計算基準(zhǔn)混凝土配合比與摻增效劑，減少7.5%膠凝材料用量的混凝土配合比所用原材料的成本，并進行比較，詳細(xì)清單如表4所示。

表4 成本分析清單表 kg/m3

經(jīng)分析可知，在添加0.46%增效劑后，可減少膠凝材料7.5%。在此情況下，每立方米混凝土可為混凝土攪拌站節(jié)約生產(chǎn)成本約6元，在一定程度上提高了經(jīng)濟效益。

查詢資料可得，每生產(chǎn)1 t水泥熟料，需要消耗1.3 t石灰石，200 kg煤，100度電，并同時產(chǎn)生近1 t二氧化碳以及大量的二氧化硫和伴隨而來的粉塵污染[4]。按照每立方米混凝土減少20 kg水泥計算，每生產(chǎn)100萬m3混凝土可節(jié)約2萬t水泥用量。因此，使用混凝土增效劑不僅降低了生產(chǎn)成本，在一定程度上減少了碳排放，對于助力建材行業(yè)早日達到碳達峰碳中和亦有貢獻。

4 結(jié)語

本次研究了某種混凝土增效劑對于混凝土工作性能和抗壓強度的影響，可以得到如下結(jié)論：

(1)混凝土增效劑能夠明顯改善新拌混凝土的工作性能，提高混凝土抗壓強度。當(dāng)不減少水泥用量時，合理摻入混凝土增效劑，能增加混凝土坍落度和擴展度，且抗壓強度有一定提高。

(2)混凝土增效劑摻量過大，會導(dǎo)致減弱對混凝土拌合物性能的改善效果，而且坍落度經(jīng)時損失會增加，不利于生產(chǎn)上控制坍落度，本次試驗適宜摻量可取0.46%左右。

(3)合理摻加混凝土增效劑，可以減少單方水泥用量，且可提高混凝土拌合物工作性能。雖然早期抗壓強度偏低，但28 d養(yǎng)護齡期試件抗壓強度值增長明顯，能達到對照組的混凝土抗壓強度。

(4)使用增效劑后，生產(chǎn)成本降低6元/m2，水泥用量減少20 kg/m2。若能得到推廣，能產(chǎn)生明顯經(jīng)濟效益同時減少對自然資源的消耗及對環(huán)境的污染，對節(jié)能減排工作也有重要意義。