微量无机盐与不同高效减水剂复合使用对混凝土性能的影响

何廷树，李　朋，徐一伦，钱　强，但　维

(1.西安建筑科技大学材料与矿资学院，西安　710055；2.陕西友邦新材料科技有限公司，咸阳　712060)



微量无机盐与不同高效减水剂复合使用对混凝土性能的影响

何廷树1，李朋1，徐一伦2，钱强2，但维2

(1.西安建筑科技大学材料与矿资学院，西安710055；2.陕西友邦新材料科技有限公司，咸阳712060)

采用粉煤灰掺量为25%的C35混凝土，研究了各种微量无机盐(掺量为胶凝材料用量的0.01%～0.05%)与聚羧酸减水剂型泵送剂(P型)及萘系减水剂型泵送剂(N型)复合使用对混凝土性能的影响。试验结果表明：对于不掺泵送剂的低坍落度塑性混凝土，添加微量无机盐对其流动性和强度基本上没有影响；对掺泵送剂的大坍落度流动性混凝土，添加微量无机盐对其流动性及经时损失的影响因无机盐和减水剂的种类不同而不同，总的来说影响较小，但对强度影响的差异性很大：对两类泵送剂配制的混凝土，添加微量氯化钙、硝酸钠均无增强作用，添加微量碳酸钠、碳酸氢钠均稍有增强作用；添加微量硅酸钠、硫酸钠对P型泵送剂配制的混凝土具有明显的增强作用，但对N型泵送剂配制的混凝土无增强作用。

无机盐； 微量增强剂； 聚羧酸减水剂； 萘系减水剂； 混凝土

1　引　言

广泛使用化学外加剂和矿物掺合料，是实现混凝土高性能化和降低综合成本的重要的技术手段[1,2]。粉煤灰是最常用的混凝土矿物掺合料，激发其活性，增大其在混凝土中的掺量，不但有利于粉煤灰的资源化利用，减少其堆存对环境造成的不良影响，而且可以有效地减少混凝土中水泥的用量，降低混凝土的综合成本[3,4]。

粉煤灰是典型的具有火山灰活性的掺合料，其替代部分水泥用于混凝土中，在水泥水化产物氢氧化钙的作用下，具有明显的二次水化作用。为了进一步激发粉煤灰的活性，提高掺粉煤灰混凝土的强度，或者增大其在混凝土中的掺量[5,6]。许多人研究了无机盐，或者无机盐与高效减水剂复合使用对水泥-粉煤灰胶凝体系的活性激发效果[7,8]。已有的研究表明：掺入合适的无机盐可以明显激发粉煤灰活性，提高掺粉煤灰的水泥砂浆或混凝土的强度。但是，在已有的研究报道中，无机盐的掺量相对较大，一般为胶凝材料用量的0.5%以上。目前，许多混凝土为了增加粉煤灰掺量，降低混凝土综合成本，经常与泵送剂搭配使用增强剂(亦称增效剂)，即一种能够激发粉煤灰活性，提高掺粉煤灰混凝土强度，或在强度不变的情况下能够提高粉煤灰取代水泥掺量的外加剂。增强剂有两种类型：有机物为主型，价格昂贵，但掺量较低，一般为胶凝材料的0.01%～0.05%；无机盐为主型，价格便宜，但掺量高，一般为胶凝材料用量的0.5%～2.0%。

无机盐型增强剂与泵送剂搭配使用时，存在三方面的问题：由于无机盐掺量大，无法加入泵送剂中配制增强型泵送剂，单独使用很不方便；二是无机盐掺量大，会影响泵送剂的性能，特别是会降低泵送剂的坍落度经时保持性能；三是增强剂与不同种类高效减水剂配制的泵送剂搭配使用时，增强效果差异很大，用户难把控，甚至会造成混凝土强度达不到设计要求的事故。有鉴于此，本文提出微量无机盐型增强剂的概念，即掺量在胶凝材料用量的0.01%～0.05%范围内的无机盐增强剂，并系统研究了各种微量无机盐与不同种类高效减水剂配制的泵送剂复合使用时，对掺粉煤灰混凝土流动性和强度的影响。

2　试　验

2.1原材料

水泥：海螺水泥厂生产的P·O 42.5水泥；粉煤灰：渭南电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；细骨料：渭河河砂，Ⅱ区，细度模数2.7；粗骨料：石灰岩碎石，5～25 mm连续级配；减水剂：陕西友邦新材料科技有限公司生产的聚羧酸高效减水剂(含固量40%的液体)，萘系高效减水剂(含固量40%的液体)，氨基磺酸盐高效减水剂(固含量37%液体)；引气剂：陕西友邦新材料科技有限公司生产的YB-550；缓凝剂：葡萄糖酸钠，工业纯；无机盐：硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钙、硝酸钠，均为化学纯。

2.2试验方法

2.2.1泵送剂的配制

分别使用聚羧酸减水剂和萘系+氨基磺酸盐减水剂配制两种泵送剂，聚羧酸减水剂型泵送剂(P型泵送剂)配方：聚羧酸减水剂(固含量40%液体)20.00%、葡萄糖酸钠(粉剂)5.00%、YB-550引气剂0.06%、自来水74.94%；萘系减水剂型泵送剂(N型泵送剂)配方：萘系减水剂(固含量40%液体)62.50%、氨基磺酸盐减水剂(固含量37%液体)15.00%、葡萄糖酸钠(粉剂)10.00%、YB-550引气剂0.06%、自来水12.44%。

表1　混凝土配合比

注：H2和H3配合比中用水量为混凝土拌合用水量与泵送剂中的水量之和。

2.2.2微量无机盐与不同种类高效减水剂的复合增强效应试验

根据《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T50081-2002)标准，设计C35掺粉煤灰混凝土(粉煤灰掺量25%，配合比见表1)，研究微量无机盐对掺泵送剂混凝土坍落度及经时损失的影响，并按照规范制作100 mm×100 mm×100 mm的混凝土试块,成型试件在标准条件(温度(20±3) ℃、湿度90%以上)下，养护3 d、7 d、28 d龄期。研究微量无机盐对混凝土不同龄期强度的影响。

3　结果与讨论

3.1微量无机盐对不掺泵送剂的混凝土强度的影响

按表1中H1配合比，研究了添加微量无机盐对未掺泵送剂的混凝土性能的影响。

未掺泵送剂也未掺微量无机盐的混凝土坍落度为5 mm。添加微量无机盐后对无泵送剂低坍落度塑性混凝土的流动性无影响，对此种混凝土强度的影响如表2所示。

由表2数据可以看出：本研究所用各种无机盐，由于掺量很小，对无泵送剂低坍落度塑性混凝土个龄期强度几乎没有影响。

表2　微量无机盐对不掺泵送剂的混凝土强度的影响

3.2微量无机盐与不同减水剂型泵送剂复合使用对混凝土流动性的影响

按表1中H2和H3配合比，研究了微量无机盐与不同减水剂型泵送剂复合使用对掺粉煤灰混凝土流动性的影响，结果如表3所示。

表3　微量无机盐与不同减水剂型泵送剂复合使用对混凝土流动性的影响

续表

由表3数据可以看出：添加各种微量无机盐对两种减水剂型泵送剂配制的混凝土坍落度、扩展度及其经时损失有一定的影响，但由于无机盐掺量极小，总的看来影响不大。

3.3微量无机盐与不同减水剂型泵送剂复合使用对混凝土强度的影响

按表1中H2和H3配合比，研究了微量无机盐与不同减水剂型泵送剂复合使用对掺粉煤灰混凝土强度的影响，结果如表4所示。

表4　微量无机盐与不同减水剂型泵送剂复合使用对混凝土强度的影响

表4数据可以看出：微量氯化钙、硝酸钠对两种减水剂型泵送剂配制的混凝土均无强度增效作用；添加微量碳酸钠、碳酸氢钠对两种泵送剂配制混凝土均有一定增强作用，对P型泵送剂配制的混凝土的3d、7d和28d抗压强度分别可提高10.6%与4.6%、21.3%与22.2%和9.7%与11.4%，对N型泵送剂配制的混凝土的3 d、7 d和28 d抗压强度分别可提高19.9%与18.8%、15.8%与18.0 %和11.3%与13.8%，总的看来对P型泵送剂的强度增效作用要小于对N型泵送剂的；添加微量硅酸钠、硫酸钠可明显提高P型泵送剂配制的混凝土，其3 d、7 d和28 d抗压强度分别可提高31.5%与32.6%、29.4%与26.6%和24.2%与20.9%，但对N型泵送剂配制的混凝土几乎无任何增强作用。

本文试验研究表明：不同种类微量无机盐与不同种类高效减水剂复合使用，对掺粉煤灰的混凝土强度的影响存在协同匹配问题，若无机盐与减水剂匹配性好，则协同增强作用非常明显，如微量硅酸钠和硫酸钠对聚羧酸减水剂型泵送剂的强度增效作用就极为明显，配合使用可取得显著地经济效益，而微量碳酸钠和碳酸氢钠与萘系减水剂型泵送剂配合使用也具有良好的经济效果；总的来说，相互匹配的合适微量无机盐对萘系减水剂型泵送剂配制的粉煤灰混凝土强度增效作用，不如对聚羧酸减水剂型泵送剂的强度增效作用明显。

4　结　论

(1)对于不掺泵送剂的粉煤灰混凝土，掺入微量无机盐(相对胶凝材料用量的0.01%～0.05%)，对混凝土的强度没有增强效果；

(2)添加微量无机盐对P型和N型泵送剂配制的混凝土坍落度、扩展度及其经时损失虽有一定影响，但由于掺量极小，总的来说影响不大；

(3)当微量无机盐与不同减水剂型泵送剂复合使用时，对粉煤灰混凝土强度的影响存在协同匹配问题：微量硅酸钠和硫酸钠对聚羧酸减水剂型泵送剂配制的粉煤灰混凝土，具有明显的强度增效作用，但对萘系减水剂型泵送剂配制的粉煤灰混凝土，没有强度增效作用；碳酸钠和碳酸氢钠对两类减水剂型泵送剂配制的粉煤灰混凝土，均有一定的强度增效作用但对N型泵送剂的强度增效作用要大些；

(4)总的说来，各自匹配的合适微量无机盐对萘系减水剂型泵送剂配制的粉煤灰混凝土强度增效作用，不如对聚羧酸减水剂型泵送剂的强度增效作用明显。

[1] 何廷树.混凝土外加剂[M].陕西:陕西科学技术出版社,2003:8-10.

[2] 繆文昌,冉千平,洪锦祥,等.聚羧酸高性能减水剂的研究现状及发展趋势[J].中国材料进展,2009,28(11):36-45.

[3] 吴中伟.高性能混凝土及其矿物细掺料[J].建筑技术,1999,30(3):160-163.

[4] 冯乃谦.高性能混凝土与超高性能混凝土的发展和应用[J].施工技术,2009,38(4):1-6.

[5] MEHTA P K. Pozzolanic Cementitious By-Products as mineral Admixture for Concrete-A Critical Review, Fly Ash, Silica fume, Slag fume. Slag and Other Mineral by-Products in Concrete[M]. [S.L.]: ACI SP-79, American Concrete Institute,Detroit, Mich, 1983:1-46.

[6] 简宜端,朱圣敏.复掺活性矿渣粉和粉煤灰配制高性能混凝土的试验研究[J].商品混凝土,2011,(5):46-47.

[7] 卢红.适用于聚羧酸减水剂的混凝土激发剂研究[J].河南理工大学学报,2014,33(4):242-247.

[8] 何廷树,卫国强.激发剂种类对不同粉煤灰掺量的水泥胶砂强度的影响[J].混凝土,2009,(5):235-238.

Effect of Compound Use of Micro Inorganic Salt and Different Efficient Water-reducing Agents on the Performance of Concrete

HETing-shu1,LIPeng1,XUYi-lun2,QIANQiang2,DANWei2

(1.College of Materials and Mineral Resources,Xi'an University of Architecture and Technology,Xi'an 710055,China；2.Shaanxi Youbang New Material Technology Co.,LTD,Xianyang 712060,China)

The influences of various kinds of micro inorganic salt (the amount of cementitious material added is 0.01% to 0.05%), the polycarboxylate superplasticizer type pumping agent (P type) and the naphthalene series water reducer type pumping agent (N type) on the performance of concrete is studied by using the C35 concrete with fly ash content at 25%.The test results show that: for the low slump plastic concrete that is not blent with pumping agent, adding micro inorganic salt does not actually affect the fluidity and strength; for the high slump flowing concrete that is blent with pumping agent, the impacts on the fluidity and the loss of time of adding micro inorganic salt are different due to different inorganic salt and reducing agent used, but overall, the effect is slight. However, the influences on the intensity are distinct: for two types of concrete formulated by pumping agent, the addition of micro calcium chloride and sodium nitrate does not enhance the intensity, while the addition of small amounts of sodium carbonate and sodium bicarbonate slightly enhances the intensity; and the addition of micro sodium silicate and sodium sulfate has obvious enhancing effect on the P type pumping agent for concrete, but no effect on the concrete that is prepared by the N type pumping agent.

inorganic salt;micro reinforcing agent;polycarboxylate superplasticizer;naphthalene series water reducer;concrete

何廷树(1964-),男,博士,教授.主要从事建筑材料及外加剂方面的研究.

TU528

A

1001-1625(2016)03-0753-05