外加剂对大掺量粉煤灰自密实混凝土性能优化研究

周光明 张圣菊 张建 翁洋 万晋

(江苏科技大学土木工程与建筑学院，江苏镇江 212003)

从20世纪80年代开始，国内开始研究自密实混凝土，进入21世纪以来，我国的自密实混凝土进入高速发展阶段，但目前对于大掺量粉煤灰条件下，水泥、粉煤灰与外加剂的适应性问题以及外加剂对大掺量粉煤灰自密实混凝土性能的影响问题，国内外这方面的研究资料还比较少。本文拟通过各外加剂如高效减水剂、引气剂、膨胀剂等与粉煤灰之间及外加剂之间的相容问题，研究其对自密实混凝土性能的影响，然后通过调整外加剂的种类和数量，优化自密实混凝土的各项性能，为工程广泛应用和实验研究提供理论指导和技术支持。

1 原材料及主要性能指标测定方法

1.1 原材料

1)水泥:采用镇江市金山水泥有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥。其他性能指标测试结果见表1。2)砂:采用中砂，测试指标有细度模数2.8，表观密度2.67 g/cm3，含泥量:1.8%;泥块含量:0.5%，砂率在30%～50%之间取值。3)减水剂:采用江苏特密斯混凝土外加剂有限公司生产的液体聚羧酸系高效减水剂(固含量约40%)，减水率在30%以上。掺量范围为1.1%～1.7%。使用时不扣除减水剂中水的质量。4)粉煤灰:采用镇江间壁电厂生产Ⅱ级粉煤灰，表观密度2.3 g/cm3。5)粗集料采用石灰岩质碎石，最大粒径为20 mm，表观密度2.75 g/cm3，自然堆积密度1.49 g/cm3，针片状含量5%，压碎值为9.1%。6)膨胀剂采用江苏特密斯混凝土外加剂公司生产的膨胀剂，依据JC 476-2001标准检测膨胀剂的限制膨胀率及抗折、抗压强度性能，均符合标准规定。7)引气剂采用江苏特密斯混凝土外加剂公司生产的TMS-FE型(粉)混凝土引气剂，减水率不小于8%，抗冻等级高于F250。

表1 P.O42.5R主要性能指标

1.2 主要性能指标测定方法

根据JGJ/T 283-2012自密实混凝土应用技术规范设计C50自密实混凝土。

根据GB 50080普通混凝土拌合物性能试验方法标准中所规定的坍落度要求检验混凝土流动性，按照其规定的V漏斗实验方法检验混凝土的粘稠性和抗离析性。

根据JGJ/T 283-2012自密实混凝土应用技术规程测定混凝土和易性。根据GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准测定混凝土强度。

2 实验结果及分析

2.1 粉煤灰掺量对自密实混凝土的性能影响

根据CECS 203∶2012自密实混凝土应用技术规程中自密实混凝土的配比和自密实混凝土应用技术规程中自密实混凝土配合比的计算方法，选用初步配合比，对粉煤灰掺量分别为20%，25%，30%，35%，40%的自密实混凝土进行试配试验，经过试配后最终采用的自密实混凝土的配合比见表2。

表2 粉煤灰影响因素实验配合比(减水剂1.5%)

检验其7 d，28 d抗压强度、坍落扩展度、T500、泌水性、离析程度等性能结果见表3。

表3 粉煤灰影响因素实验结果(减水剂1.5%)

数据分析:根据混凝土自密实性能及力学性能检测结果，随着自密实混凝土添加粉煤灰量的增加使得自密实混凝土的和易性提高，但当粉煤灰掺量达到40%以后，出现泌水情况。与此同时，通过7 d自密实混凝土抗压强度可以看出，随着自密实混凝土粉煤灰掺量的增多，抗压强度逐渐减小，而28 d抗压强度值随着粉煤灰掺量的增多抗压强度增大，但超过40%时开始降低。粉煤灰可以改善混凝土的和易性，虽然早期会降低混凝土的抗压强度，但是后期有所提高，鉴于以上结果，我们可以得出，单掺粉煤灰作为矿物掺合料的情况下，粉煤灰的掺量宜控制在25% ～35%之间，以30%最优。

2.2 减水剂对基于粉煤灰大掺量自密实混凝土的性能影响

根据CECS 203∶2012自密实混凝土应用技术规程自密实混凝土配合比设计规定，在2.1实验数据的基础上即粉煤灰掺量为30%，对减水剂掺量分别为1.4%，1.5%，1.6%，1.7%，1.8%的自密实混凝土进行试配试验，经过试配后最终采用的自密实混凝土的配合比见表4。

表4 减水剂影响因素实验配合比(粉煤灰30%)

实验检测结果见表5。

表5 减水剂影响因素实验结果(粉煤灰30%)

数据分析:随着减水剂的增加，混凝土的7 d和28 d抗压强度都逐渐增加，坍落扩展度也增大，T500时间不断缩短，但是，随着减水剂的增加，自密实混凝土出现泌水和离析现象。高效减水剂的掺入使得混凝土的抗压强度有所提高，这主要是因为高效减水剂能够降低水泥颗粒固液界面能、静电斥力作用、空间阻力作用，起到水化膜润滑作用、引气隔离滚珠作用等，从而降低混凝土的需水量，改善混凝土和易性与密实性，从而提高混凝土强度。根据实验数据，我们可以得出，在粉煤灰一定的情况下，聚羧酸系液态减水剂的最佳掺量为1.6%。

2.3 膨胀剂对基于粉煤灰大掺量自密实混凝土的性能影响

根据CECS 203∶2012自密实混凝土应用技术规程自密实混凝土配合比设计规定，在粉煤灰掺量为30%、减水剂为1.6%的基础上，外加膨胀剂，膨胀剂掺量分别为6%，8%，10%，12%，14%。配合比设计见表6。

表6 膨胀剂影响因素实验配合比(粉煤灰30%、减水剂1.6%)

实验检测结果见表7。

表7 膨胀剂影响因素实验结果(粉煤灰30%、减水剂1.6%)

数据分析:从实验数据我们可以看到，内掺膨胀剂对混凝土的和易性影响性不大，但对强度略有影响，在粉煤灰和减水剂掺量不变的情况下，随着膨胀剂的增加，混凝土的强度不断增强，但是，当膨胀剂掺量超过10%时增长速度变慢，当掺量超过12%达到14%时，混凝土的强度开始下降。查阅资料，膨胀剂对混凝土的收缩进行等量补偿作用，并具有填充、堵塞毛细孔缝的作用，极大地提高了混凝土的防渗抗裂能力，建议在大体积混凝土、防潮防水混凝土中使用膨胀剂。膨胀剂的掺量应在8%～12%之间，考虑成本问题，最佳掺量为10%。

2.4 引气剂对基于粉煤灰大掺量自密实混凝土的性能影响

根据CECS 203∶2012自密实混凝土应用技术规程自密实混凝土配合比设计规定，在粉煤灰掺量为30%、减水剂为1.6%的基础上，外加引气剂，引气剂掺量分别为0.05%，0.1%，0.15%，0.2%，0.25%。配合比设计见表8。

表8 引气剂影响因素配合比(粉煤灰30%、减水剂1.6%)

实验检测结果见表9。

表9 引气剂影响因素实验结果(粉煤灰30%、减水剂1.6%)

数据分析:从实验结果看，引气剂对自密实混凝土的和易性和力学性能都有一定影响，随着引气剂的增加，自密实混凝土的含气量增加，7 d和28 d抗压强度也开始增强，但是当引气剂掺量超过1.5%以后变得缓慢，当掺量超过0.2%时，自密实混凝土的7 d和28 d抗压强度甚至开始下降。自密实混凝土和易性随引气剂掺量的增多而更加优越。这是因为掺加引气剂在混凝土中引入了大量微小且独立的气泡，这种球状气泡使混凝土的和易性得到较大改善，这种作用尤其在集料粒形不好的碎石或人工砂混凝土中更为显著，但是当引气剂掺量过多时，会造成过多的孔隙导致自密实混凝土的抗压强度降低。综上我们可以得出，引气剂的最佳掺量范围在0.1%～0.2%，以0.15%最为优越。

3 结语

1)大掺量粉煤灰掺入自密实混凝土中时，对混凝土的早期强度略有降低，但后期强度有所增强，同时大大改善了混凝土的和易性，粉煤灰的最佳掺量为30%。2)自密实混凝土的拌制必须加入减水剂，减水剂不仅可以减少用水量，增加混凝土的和易性，而且可以增强自密实混凝土的抗压强度。在大掺量粉煤灰的背景下，液态高效减水剂的最佳掺量为1.6%。3)膨胀剂可以减少自密实混凝土的收缩，改善自密实混凝土的防水抗渗性能，在大掺量粉煤灰的背景下，最佳掺量为10%。4)引气剂的掺入较大程度的改善了自密实混凝土的和易性，但因为对自密实混凝土的结构有较大影响，不宜掺入过多，最佳掺量为0.15%。

［1］陈 松，张圣菊.绿色自密实粉煤灰混凝土特性实验研究［J］.山西建筑，2012，38(36):135-136.

［2］JGJ/T 283-2012，自密实混凝土应用技术规范［S］.

［3］王海娜，王科元，金南国.C35、C50自密实混凝土配合比研究［J］.混凝土，2010(7):104-109.