增效劑對混凝土工作性能及力學(xué)性能的影響

邱盛，李濤，于志強(qiáng)，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(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)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(jié)能減排的政策要求，水泥出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，價(jià)格更是一路飆漲，對混凝土企業(yè)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(zhì)下降，攪拌站生產(chǎn)往往為了提高混凝土工作性和強(qiáng)度富余值而提高水泥用量，而根據(jù)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(fèi)[2]?；炷猎鲂┦且环N有機(jī)物，具有一定分散、激發(fā)作用[3]，通過選擇合適的增效劑并進(jìn)行配合比優(yōu)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(qiáng)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(tǒng)地研究了兩種增效劑與不同種類水泥的適應(yīng)性以及對 C20、C30 混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響，為預(yù)拌混凝土攪拌站應(yīng)用增效劑提供應(yīng)用參考。

1 原材料及試驗(yàn)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(lán)島 F 類 Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度 24.8%，燒失量 1.1%，需水比 98%。上林機(jī)制砂細(xì)度模數(shù) 2.6，石粉含量 5.2%，亞甲藍(lán)值 1.0。上林 5～31.5mm 連續(xù)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(yàn)方法

參照 JGJ/T 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》設(shè)計(jì) C20、C30 基準(zhǔn)配合比，如表 2 所示。

表2 基準(zhǔn)配合比 kg/m3

本試驗(yàn)混凝土拌合物試驗(yàn)方法參照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；力學(xué)性能試驗(yàn)方案參照 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 增效劑與不同種類水泥適應(yīng)性研究

針對三種不同水泥的 C20、C30 基準(zhǔn)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(zhǔn)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(yīng)性，結(jié)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(zhǔn)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(yīng)性要優(yōu)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(yīng)性要優(yōu)于增效劑 A；使用隆安海螺水泥，兩種增效劑均與水泥表現(xiàn)不適應(yīng)性，但隨著混凝土強(qiáng)度等級增加，增效劑 A 的適應(yīng)性要優(yōu)于增效劑 B。

2.2 增效劑與同種類水泥適應(yīng)性研究

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

從表 4 可以看出，與基準(zhǔn)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(xiàn)出機(jī)坍損現(xiàn)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(jié)果表明增效劑 A 與同種水泥不同時(shí)間段也存在明顯的適應(yīng)性差異。其原因可能為水泥生產(chǎn)廠家季節(jié)性調(diào)整配方、原材料變化及其他原因，水泥本身存在一定的質(zhì)量波動(dòng)，而加入增效劑后放大了變化程度，從而表現(xiàn)出不適應(yīng)性。

從表 3 和表 4 的試驗(yàn)結(jié)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(shí)間段的同種水泥均存在適應(yīng)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(xué)性能的影響

以 C20、C30 混凝土為基準(zhǔn)，研究增效劑對不同種類水泥制備的混凝土力學(xué)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(zhǔn)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(shí)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢

測，每個(gè)齡期需制作 2 組試件，包含標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件及室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)試件，研究基準(zhǔn)配混凝土與增效劑混凝土的力學(xué)性能差異，如表 5 所示。

表5 基準(zhǔn)混凝土與增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度對比 MPa

圖1 標(biāo)養(yǎng)基準(zhǔn)組混凝土與對比 A 組混凝土強(qiáng)度對比

從表 5 與圖 1 分析可知，基準(zhǔn)組與對比 A 組在不同的水泥配制增效劑混凝土?xí)r，C20、C30 各齡期標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律表現(xiàn)差異較大。使用武鳴紅獅水泥，28 天強(qiáng)度均值 25.1MPa，120 天強(qiáng)度均值 35.7MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 42%；而 C20 增效劑混凝土 28天強(qiáng)度均值 24.6MPa，120 天強(qiáng)度均值 35.2MPa，28天至 120 天強(qiáng)度增幅 42%，與基準(zhǔn)混凝土基本持平；C30 基準(zhǔn)混凝土 28 天強(qiáng)度均值 34.2MPa，120 天強(qiáng)度均值 40.0MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 17%；C30 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值 32.6MPa；120 天強(qiáng)度均值40.3MPa，28 天至120天強(qiáng)度增幅 23.6%。使用崇左紅獅水泥，C20 基準(zhǔn)混凝土 28 天強(qiáng)度均值 24.7MPa；120天強(qiáng)度均值 33.9MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 37%；而 C20 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值 25.0MPa；120 天強(qiáng)度均值 34.4MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 38%；C30 基準(zhǔn)混凝土 28天強(qiáng)度均值 33.6MPa，120 天強(qiáng)度均值 40.9MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 21.7%；C30 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值 30.4MPa，120 天強(qiáng)度均值37.6MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 24%。使用隆安海螺水泥，C20 基準(zhǔn)混凝土 28 天強(qiáng)度均值 21.8MPa，120天強(qiáng)度均值 30.7MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 41%；而 C20 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值 22.1MPa；120 天強(qiáng)度均值 31.5MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 42%；C30 基準(zhǔn)混凝土 28 天強(qiáng)度均值 32.2MPa，120 天強(qiáng)度均值 40.6MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 26%；C30 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值 35.9MPa；120 天強(qiáng)度均值42.1MPa，28 天至 120 天強(qiáng)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(qiáng)度因水泥品種不同對同齡期強(qiáng)度提升及強(qiáng)度增長率差異較大。

圖2 標(biāo)養(yǎng)基準(zhǔn)混凝土與對比 B 組混凝土強(qiáng)度對比

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

圖3 自養(yǎng)基準(zhǔn)混凝土與對比 A 組混凝土強(qiáng)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(yǎng)條件使用武鳴紅獅水泥，C20 基準(zhǔn)混凝土 28 天強(qiáng)度均值 28.8MPa；120 天強(qiáng)度均值 33.2MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅15.3%；而 C20 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值 27.4MPa，120 天強(qiáng)度均值 35.3MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅29%。C30 基準(zhǔn)混凝土 28 天強(qiáng)度均值 35.6MPa，120天強(qiáng)度均值 40.4MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 14%；C30 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值 31.6MPa，120 天強(qiáng)度均值 40.9MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 29%。使用崇左紅獅水泥，C20 基準(zhǔn)混凝土 28 天強(qiáng)度均值27.8MPa；120 天強(qiáng)度均值 33.5MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 21%；而 C20 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值 25.5MPa，120 天強(qiáng)度均值 33.3MPa，28 天至 120天強(qiáng)度增幅 31%。C30 基準(zhǔn)混凝土 28 天強(qiáng)度均值36.5MPa，120 天強(qiáng)度均值 42.9MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 17.5%；C30 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值33.3MPa；120 天強(qiáng)度均值 37.8MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 14%。使用隆安海螺水泥，C20 基準(zhǔn)混凝土 28天強(qiáng)度均值 24.9MPa，120 天強(qiáng)度均值 28.5MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 14%；而 C20 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值 23.6MPa，120 天強(qiáng)度均值 26.7MPa，28 天至 120 天強(qiáng)度增幅 17%。C30 基準(zhǔn)混凝土 28 天強(qiáng)度均值 32.5MPa，120 天強(qiáng)度均值 38.8MPa，28 天至 120天強(qiáng)度增幅 19%；C30 增效劑混凝土 28 天強(qiáng)度均值34.5MPa；120 天強(qiáng)度均值 36.8MPa，28 天至 120 天強(qiáng)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(yǎng)護(hù)條件下增效劑混凝土早期強(qiáng)度并未顯著提高，甚至低于基準(zhǔn)混凝土，且后期強(qiáng)度增幅差異較大。

圖4 自養(yǎng)基準(zhǔn)混凝土與對比 B 組混凝土強(qiáng)度對比

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

由表 5 和圖 4 還可以看出，自養(yǎng)條件下 C20、C30基準(zhǔn)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(qiáng)度均能達(dá)到設(shè)計(jì)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(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土，但是整體增效劑混凝土抗壓強(qiáng)度因水泥品種不同表現(xiàn)出一定的差異。

3 結(jié)論

（1）不同種類增效劑與不同種類水泥適應(yīng)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(huì)表現(xiàn)出工作性差異，在配制增效劑混凝土?xí)r，需要定期組織混凝土工作性試配驗(yàn)證工作。

（2）利用增效劑制備混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和自然養(yǎng)護(hù)條件下，與基準(zhǔn)混凝土相比，120d 齡期內(nèi)強(qiáng)度發(fā)展趨勢因水泥品種不同而表現(xiàn)出差異性，無統(tǒng)一的規(guī)律。

（3）選擇與原材料適應(yīng)性良好的增效劑制備混凝土，可以在保持工作性、強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)?shù)那疤嵯聹p少一定量的水泥用量，降低混凝土成本。