新型共聚超塑化剂在高强陶粒混凝土中的应用研究

周敏

（福建省建筑科学研究院，福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州 350025）

新型共聚超塑化剂在高强陶粒混凝土中的应用研究

周敏

（福建省建筑科学研究院，福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州 350025）

以高岭土尾矿、煤矸石、粉煤灰为原料烧成的陶粒为骨料，掺入自行配制的新型共聚超塑化剂，解决了陶粒混凝土离析、骨料上浮等问题，配制出轻质高强陶粒混凝土。试验结果表明，当新型共聚超塑化剂掺量为1.0%时，混凝土具有最佳的流动性和黏聚性；随塑化剂掺量增大，含气量增大，混凝土表观密度逐渐减小，抗压强度先提高后降低，当掺量为1%时抗压强度达到最大。

新型超塑化剂；轻质高强；陶粒混凝土

陶粒作为混凝土骨料，与普通集料有较大的差异，由于其较小的密度，与水泥浆的密度相差较大，因而易产生陶粒上浮，加大离析，因此，如何解决陶粒混凝土中集料上浮的问题成为保证陶粒混凝土质量的关键[1]。本课题采用龙岩地区高岭土尾矿、煤矸石及粉煤灰为原料烧成的陶粒为骨料[2-4]，掺入实验室自行配制的新型共聚超塑化剂，研制出具有优良性能的轻质高强陶粒混凝土。

1 原材料

1.1 陶粒

所用陶粒为以龙岩地区高岭土尾矿、煤矸石、粉煤灰为原料，并掺入试验室自行配制的新型外加剂烧制而成，其公称粒径20 mm，颗粒级配5～20 mm，堆积密度782 kg/m3，1 h吸水率2.8%，筒压强度6.4 MPa，表观密度1290 kg/m3，具有轻质、高强、低吸水性等特点。

1.2 水泥

选用红狮牌P·O42.5R水泥，标准稠度用水量28.6%，初凝时间171 min、终凝时间233 min，3 d和28 d抗折强度分别为5.4、8.2 MPa，3 d和28 d抗压强度分别为26.6、49.8 MPa。

1.3 粉煤灰

采用石狮热电厂的Ⅱ级粉煤灰，细度（0.045 mm筛筛余）12.3%，烧失量2.02%，28 d抗折强度比86.6%，28 d抗压强度比82.5%。

1.4 细骨料

河砂，细度模数2.6，堆积密度1520 kg/m3。

1.5 超塑化剂

试验用新型共聚超塑化剂为试验自行配制，主要成分为异戊烯基聚醚接枝羧甲基纤维素醚，具有增稠和引气效果，解决陶粒易分层离析、上浮及混凝土坍落度损失较大等问题。

1.6 减水剂

采用福建建工建材科技开发有限公司生产的TW-PS聚羧酸高效减水剂，减水率26%，泌水率比33%，含气量2.6%，1 h坍落度保留值175 mm，28 d抗压强度比142%。

2 试 验

2.1 配合比设计

在初期研究的基础上，确定砂率为35%、粉煤灰掺量为20%，配制LC30、LC45、LC60陶粒混凝土基准配合比，见表1，着重研究超塑化剂掺量对各强度等级陶粒混凝土分层离析及工作性能的影响。配比中的陶粒为干燥状态下的用量，试验时经过3 h预湿处理。

2.2 试验方法

陶粒混凝土坍落度、含气量按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试；立方体抗压强度按GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试；干表观密度按JGJ51—2002《轻骨料混凝土技术规程》进行测试；均匀性系数、均布系数参考文献[5]采用类似砂浆分层度筒的试验设备进行测试，其中均匀性系数、均布系数试验所用设备（上浮试验筒）为类似砂浆分层度筒的试验设备，其底部筒高由100mm改为200mm。陶粒上浮试验设备示意见图1。

均布系数kp、km按式（1）、式（2）计算。

式中：kp——轻集料混凝土匀质性系数，通常kp≤1，kp越接近1，表明混凝土质量越均匀；

km——轻集料均布系数，通常km≤1，km越接近1，表明轻集料上浮作用越小；

w1、w2——上浮试验筒上、下筒内的轻集料混凝土拌合物的质量。

m1、m2——上浮试验筒上、下筒内的轻集料质量。

3 结果与分析

超塑化剂掺量对陶粒混凝土性能的影响见表2。

3.1 超塑化剂掺量对匀质性影响的分析

由表2可知，自行配制的新型共聚超塑化剂掺量由0增大到1.0%时，不同厚度等级陶粒混凝土匀质性系数及均布系数都有比较明显的提高，新拌陶粒混凝土离析、上浮分层现象明显降低，但当超塑化剂掺量超过1.0%时，其匀质性系数及均布系数反而呈下降趋势。

随新型共聚超塑化剂掺量从0增加至1.0%时，新拌陶粒混凝土的含气量和初始坍落度也在不断增大，能够显著改善新拌陶粒混凝土离析、上浮的问题。在超塑化剂掺量由0增大到1.0%时，陶粒混凝土坍落度平均增量为15 mm左右，掺量由1.0%增加到1.2%时，其坍落度平均增量为60 mm左右，过大的坍落度也不利于改善新拌陶粒混凝土离析、上浮的问题。因为超塑化剂具有一定的增稠、引气作用，有利于改善新拌陶粒混凝土的离析、上浮以及坍落度损失较大的问题。当超塑化剂掺量从0增加至1.0%时，由于超塑化剂的增稠作用，胶凝材料易粘附在陶粒表面，对集料的包裹力逐渐提高，使集料所受的浮力、重力以及恢复力达到平衡（见图2）。

3.2 超塑化剂掺量对含气量与坍落度的影响

由于超塑化剂的作用，从而降低了新拌陶粒混凝土离析、上浮的现象，同时超塑化剂带有一定的引气成分，当超塑化剂掺量为1.0%时，引入的含气量约为1.2%～1.3%，LC30含气量为3.5%，LC45含气量为3.8%，LC60含气量为3.9%，均小于4.0%，此时的陶粒混凝土既有良好的粘聚性又有良好的流动性，在一定程度上弥补了因陶粒吸水特性引起的坍落度损失较大问题。而当超塑化剂掺量继续增加至1.2%时，通常会认为新拌陶粒混凝土离析、上浮现象更少，但实际结果则相反，其主要原因在于烧制陶粒其本身吸水率相对较低，并经过预湿3 h处理，同时随超塑化剂掺量由1.0%增加至1.2%时，陶粒混凝土的含气量均超过了4.0%，此时含气量对拌合物的流动性贡献增加，超塑化剂引起的坍落度增加作用超过了增稠作用，一定程度导致了陶粒混凝土离析、上浮现象。

3.3 超塑化剂掺量对表观密度与抗压强度的影响

由表2可知，不同强度等级的陶粒混凝土，随着含气量增加，干表观密度减小，抗压强度则先提高后降低。这是由于在各相同强度等级混凝土中，除了超塑化剂掺量不同，其它单方质量均相同，当含气量增加，单位混凝土中固体含量略有减少，从而改善了陶粒混凝土的表观密度。适量的含气量能够改善抗压强度，这是由于随着微小独立气泡的引入，水泥浆体及水泥浆与骨料的界面层中的水膜被破坏，使其内部水泥水化均匀，水分分散均匀，有助于排出多余水分，从而使水泥浆体硬化后结构密实，但随着含气量继续增加，气泡的间距太小，形成连接界面，降低界面强度，导致强度降低。

4 结语

（1）适量的新型超塑化剂既能改善陶粒凝土的粘聚性，减少离析、上浮现象，同时也能够改善其流动性，达到双控的效果。

（2）适量的超塑化剂对陶粒混凝土具有引气效果，能明显改善陶粒混凝土的工作性，同时能降低陶粒混凝土的表观密度。

（3）当超塑化剂掺量大于1.0%时，陶粒混凝土的含气量均超过4.0%，超塑化剂对改善拌合物流动性的效果超过了超塑化剂的增稠效果，对改善新拌陶粒混凝土的离析、上浮等现象不利，因此，新拌陶粒混凝土中超塑化剂最佳掺量为1.0%。

（4）随塑化剂掺量增大，含气量增大，混凝土表观密度逐渐减小，抗压强度先提高后降低，当掺量为1%时抗压强度达到最大。

[1]张承志.建筑混凝土[M].北京：化学工业出版社.

[2]张蔚.高岭土-煤矸石烧制轻质高强陶粒的研究[J].新型建筑材料，2012（10）：81-84.

[3] 周敏.高岭土尾矿-煤矸石-粉煤灰烧制轻质高强陶粒的研究[J].新型建筑材料，2013（2）：59-60，67.

[4]周敏.外加剂对轻质高强高岭土尾矿-煤矸石-粉煤灰陶粒影响的研究[J].新型建筑材料，2014（3）：45-47，51.

[5]王志伟.高性能轻集料混凝土试验研究[D].青岛：青岛理工大学，2006.

Study on preparation of high-strength concrete with the new copolymer superplasticizer

ZHOU Min
（Key Lab of Green Building Technology in Fujian Province，Fujian Academy of Building Research，Fuzhou 350025，Fujian，China）

The article described that the new copolymer superplasticizer could solve the segregation and floating problem when preparing the light-weight and high-strength concrete with the kaolin tailings-gangue-fly ash haydite.The results show that the concrete with good fluxility and viscosity would have been made with 1%new superplasticizer admixture；with the increase of superplasticizer，air content increases，apparent density of concrete decreases gradually，compressive strength first improves the decreases，the compressive srtength reaches the maximum when the dosage is 1%.

the new superplasticizer，light-weight and high-strength，haydite concrete

TU55+1.33

A

1001－702X（2015）06－00

福建省科技计划重点项目（2011Y0017）

2014-11-10

周敏，男，1978年生，福建福州人，硕士，高级工程师。