掺不同类型减水剂粉煤灰混凝土的配合比设计

2012-11-12张旭贤牛新平杨启成

塔里木大学学报 2012年1期

张旭贤牛新平王成杨启成

(塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆阿拉尔 843300)

随着各种高强度和新型高性能混凝士的不断发展，在混凝土中掺入一定量的粉煤灰和外加剂变得越来越普遍。混凝土化学外加剂已成为混凝土必不可少的第五组分，对改善新拌混凝土和硬化混凝土性能具有重要作用［1］。目前，提高混凝土强度的方法主要采取使用高强度等级硅酸盐或者普通硅酸盐水泥、掺加优质粉煤灰、使用高效减水剂和引气剂等，以尽量减小水灰比和用水量［2］。减水剂是应用最为广泛的混凝土外加剂，用量大约占所有混凝土外加剂用量的70%～80%［3］。采用优质粉煤灰、磨细矿渣配置高性能混凝土，有利于新拌混凝土的和易性，容易控制混凝土的坍落度损失，改善硬化混凝土的体积稳定性［4］。在掺加不同高效减水剂的混凝土中，复合两种缓凝剂，能够降低复合外加剂成本，提高混凝土强度［5，6］。为了实现可持续发展的目标，随着环保绿化重要性的增加，将混凝土对环境造成的负荷控制在最小的限度内，混凝土材料的研究、生产和应用必须考虑到环境因素。研究和开发绿色高性能混凝土，是解决上述问题的有效措施之一，关系到人类生存和可持续发展的一个重要问题［7］。

为了达到节约水泥、保证工程质量和如何在干旱区正确使用粉煤灰和减水剂的目的，本文对早强减水剂、高效减水剂与粉煤灰掺量对不同强度等级混凝土的和易性和抗压强度的影响进行了试验研究，分析粉煤灰和减水剂掺量与混凝土的性能的关系，寻求不同减水剂和粉煤灰复合使用与水泥的适应性问题，最终找出粉煤灰和减水剂的最佳掺量。

1 试验原材料

水泥为青松建化生产的425 普通硅酸盐水泥;粉煤灰为阿拉尔电厂生产的粉煤灰;拌和水为阿拉尔市普通居民饮用水;减水剂为四川省宜宾市江海混凝土外加剂厂所生产的NC 复合型早强减水剂和FDN－T 型高效减水剂;骨料均是由西大桥沙场生产的，三种骨料的基本性能见表1。

表1 骨料的基本性能

2 配合比设计

本试验采用以普通配合比方法为基准，分C30和C35 两个混凝土强度试验系列，对选择的425 硅酸盐水泥选择水灰比为0.51 和0.42 两种，粉煤灰掺量为0%、10%、20%、25%、30%和40%六种(注:对于不惨外加剂的混凝土我们选用的粉煤灰掺量是0%、10%、20%、30%和40%五种)，相应的编号为A0、A1、A2、A2.5、A3、A4。外加剂(早强减水剂和高效减水剂)的掺量为0%、0.6%、0.8%和1.0%四种(注:在粉煤灰掺量为25%时，选用的外加剂掺量为0.6%、0.8% 和1.0%，在粉煤灰掺量为0%、10%、20%、30%和40%是选用的外加剂掺量为0.8%)，相应的编号为Z0.6、Z0.8、Z1.0、X0.6、X0.8、X1.0，共42 个配合比。

3 试验结果与分析

3.1 减水剂掺量对粉煤灰混凝土和易性的影响

本次试验是在粉煤灰掺量为25%的前提下，采用的减水剂掺量分别是0.6%、0.8%、1.0%。通过对其坍落度的试验得出不同掺量减水剂对混凝土和易性的影响，试验结果见表2。

通过表2的试验数据可以看出:在粉煤灰掺量一定时，混凝土的坍落度随着减水剂掺量的增加混凝土的坍落度越大，并且随着减水剂掺量的增大混凝土的坍落度的增长趋势也越来越显著。在其他条件不变的情况下，高效减水剂对混凝土和易性的影响比早强减水剂更显著。因此，在混凝土中掺入适当的减水剂有助于提高混凝土的和易性能，可使混凝土具有更好的流动性。

表2 混凝土配合比与拌合物性能

3.2 粉煤灰掺量对混凝土抗压强度的影响

试验分C30、C35 两组，每组骨料配比不变，水泥用量随着粉煤灰等重量取代而改变。每组粉煤灰掺量依次为0、10%、20%、30%、40%，观测7 d、28 d、56 d 抗压强度如图1 和图2 所示。

图1 粉煤灰掺量对C35 混凝土抗压强度的影响

图2 粉煤灰掺量对C30 混凝土抗压强度的影响

由图1、图2 可看出，粉煤灰掺量为水泥量的10%－40%时，随着粉煤灰掺量的增加，C35 和C30混凝土的抗压强度在7 d、28 d 和56 d 龄期都有从增大到减小的发展趋势，其中在20%时强度达到最大，早期强度和长期强度都得到了提高，尤其是后期强度，表明粉煤对混凝土中后期强度有很大的贡献［8］。对于实验所用的水泥和粉煤灰，粉煤灰的最佳掺量为20%较为合适。两者的区别是对于C30的混凝土来说，龄期从28 d 增加到56 d的过程中其强度增幅没有C35的强度增幅大，说明粉煤灰掺量对于提高较高强度的混凝土的强度更为有利。

3.3 早强减水剂对粉煤灰混凝土抗压强度影响

试验掺0.8%早强减水剂，试验分C30、C35 两组，每组骨料配比不变，水泥用量随着粉煤灰等重量取代而改变。每组粉煤灰掺量依次为0、10%、20%、30%、40%，测量7 d、28 d、56 d 抗压强度。对掺固定量早强减水剂的粉煤灰混凝土抗压强度见图3 和图4。

图3 早强减水剂一定粉煤灰不同掺量对C30 混凝土抗压强度的影响

图4 早强减水剂一定粉煤灰不同掺量对C35 混凝土抗压强度的影响

由图3 和图4 可看出:在掺固定外加剂且其他条件不变的情况下，7 d、28 d 和56 d 混凝土的强度都是随着粉煤灰掺量的增加其强度先增大后变小的变化趋势，当粉煤灰含量占水泥等重量20%时混凝土抗压强度最大，这与不掺加早强减水剂具有相同的特点。

粉煤灰掺量皆为水泥等质量的20%，试验分C30、C35 两组混凝土，早强减水剂掺量为0.6%、0.8%、1.0%。测得抗压强度与早强减水剂关系见图5 和图6。

图5 粉煤灰一定早强减水剂不同掺量对C30 混凝土抗压强度的影响

图6 粉煤灰一定早强减水剂不同掺量对C35 混凝土抗压强度的影响

由图5 和图6 可知:相同的粉煤灰掺入量的混凝土的强度，随着外加剂的掺入，其抗压强度先增大后减小，7 d、14 d、28 d 强度都按着大致相同的趋势增长，7 d、14 d 龄期的强度曲线较平缓，28 d 龄期的强度增长速度较快。因此，当粉煤灰掺量为20%，早强减水剂含量为0.8%时，混凝土7 d、14 d、28 d抗压强度最大。因此掺加早强减水剂的最佳含量在0.8%左右。

3.4 高效减水剂对粉煤灰混凝土抗压强度影响

试验分C30、C35 两组，每组骨料配比不变，水泥用量随着粉煤灰等重量取代而改变。每组粉煤灰掺量依次为0、10%、20%、25%、30%、40%，高效减水剂掺量为0.8%，观测7 d、28 d、56 d 抗压强度如图7 和图8 所示。

图7 高效减水剂一定粉煤灰不同掺量对C30 混凝土抗压强度的影响

由图7 和图8 可看出:在掺0.8%高效减水剂且其他条件不变的情况下，C30 和C35 混凝土7 d、28 d 和56 d 混凝土的强度都是随着粉煤灰掺量的增加其强度先增大后变小的变化趋势，当粉煤灰含量占水泥等重量25%时混凝土抗压强度最大，这是与不掺加高效减水剂时20%混凝土强度达到最大的区别，说明增加高效减水剂时可以激发粉煤灰的水化作用。

图8 高效减水剂一定粉煤灰不同掺量对C35 混凝土抗压强度的影响

试验分C30、C35 两组，每组骨料配比不变，水泥用量随着粉煤灰等重量取代而改变。粉煤灰掺量为25%，高效减水剂掺量为0.6%、0.8% 和1.0%，观测7 d、14 d、28 d 抗压强度如图9 和图10所示。

图9 粉煤灰一定高效减水剂不同掺量对C30 混凝土抗压强度的影响

图10 粉煤灰一定高效减水剂不同掺量对C35 混凝土抗压强度的影响

由图9 和图10 可以看出，粉煤灰掺量为25%，高效减水剂掺量在0.6%～1.0%时，C30 混凝土7 d 和14 d 强度在0.8%时最小，7 d、14 d 和28 d 强度在效减水剂含量为1.0%时抗压强度最大，因此掺加高效减水剂的最佳含量在1.0%能更好的提高混凝土的强度。C35 混凝土7 d 强度在高效减水剂掺量在0.6%～1.0%时逐渐减小，14 d 和28 d 强度在高效减水剂掺量在0.6%～1.0%时逐渐增大，在1.0%时达到最大，主要是由于高效减水剂的减水作用，使混凝土水灰比降低，降低了混凝土的孔隙率，改善了混凝土的孔结构，使混凝土的强度不断提高。