矿物掺和料和增黏剂对高流动混凝土性能的影响分析

甄伟超

摘 要 水泥混凝土工程朝着复合化、高强度、高性能的方向发展，对混凝土的要求更加严格和日趋复杂，如何保证特殊结构工程质量，消除施工噪声危害等，普通混凝土已无法满足，一种新型的免振捣混凝土—高流动混凝土应运而生并逐步发展起来。本文主要探讨了矿物掺和料对高流动混凝土性能的影响，同时探讨增粘剂对高流动砂浆力学性能、工作性能和孔隙构造的影响，为高流动混凝土设计、施工提供参考借鉴。

关键词 高流动；混凝土；工作性能

1 概述

水泥混凝土是当代最主要的建筑材料之一，全世界每年水泥混凝土的用量都在50亿立方米以上。水泥混凝土由于其原材料来源广泛，制备简单，生产成本较低等显著特点，是最重要的和不可替代的工程结构材料之一。在其应用的一百多年历史中，随着科学技术的进步和工程实践的不断深入，水泥混凝土的用途愈来愈广泛，无论是铁路、公路、大坝、桥梁、隧道、建筑、港口码头等，水泥混凝土无处不在。可以说人类是置身在水泥混凝土的世界中。

随着水泥混凝土工程朝着复合化、高强度、高性能的方向发展，对混凝土的要求更加严格和日趋复杂，如何保证工程质量，加快施工進度，促进施工管理，解决繁杂劳动及熟练技工的不足、消除施工噪声危害等，普通混凝土已无法满足。特别是近几年商品混凝土与泵送混凝土工业迅速发展，对新拌混凝土的大流动性及在运输浇筑过程中较长时间的保塑性提出了新的要求。一些工程结构的高强度要求使得钢筋混凝土构件配筋稠密且复杂，混凝土难于振捣，有的则是特种薄壁结构、高细结构、浅埋暗挖工程、隧道和地下结构，根本没有振捣可操作空间，施工非常困难。于是，一种新型的免振捣混凝土——高流动混凝土应运而生并逐步发展起来。

1.1 高流动混凝土的特点

高流动混凝土具有优良的变形能力和抗离析性，在浇筑过程中不用振捣而完全依靠自重作用自由流淌，穿越钢筋间隙充分填充模板空间，同时具有足够的粘聚性，防止离析泌水，拌和物均匀密实，硬化后具有良好的力学性能和耐久性能。

1.2 矿物掺和料、增粘剂在混凝土中的作用意义

配制高流动混凝土需要大量利用粉煤灰、矿渣、硅灰等工业固体废弃物，有利于资源的综合利用和生态环境的保护。不仅适应了当代混凝土工程超大规模化、复杂化的要求，而且为混凝土走向绿色化、高性能化提供了技术保障，是混凝土工业的一次革命。矿物掺和料具有形态效应、活性效应以及微集料效应，在高流动混凝土中掺入矿物掺和料可以明显改善拌和物的流变性能，提高硬化混凝土的强度和耐久性。在高流动混凝土的配制过程中，通常采用添加高效减水剂来达到减小混凝土拌合物的屈服应力从而获得较好的流动性，但高效减水剂也会降低混凝土的黏聚性，增加离析现象的发生。因此，为提高高流动混凝土的抗离析性，需添加增粘剂 。而高流动混凝土中掺入增粘剂会对力学性能、微孔结构等各方面性能产生一定的影响。

本文主要探讨了矿物掺和料对高流动混凝土性能的影响，同时探讨三种增粘剂（PR-328、HPMC、HTL-S100）对高流动砂浆力学性能、工作性能和孔隙构造的影响[1]。

2 矿物掺和料对高流动混凝土性能的影响

高流动混凝土要分别或同时满足多元组分优化配置、良好的工作性、高强度、良好的耐久性等多方面的技术要求，故在原材料选择上要比普通混凝土更加严格、复杂。矿物掺和料是高流动混凝土中不可缺少的组分，主要有：粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等。在高流动混凝土中掺入活性矿物掺和料不仅可节约水泥，有显著的经济效益和环境效益，更重要的还在于只有掺入活性矿物掺和料才可取得许多重要的技术效果。在高流动混凝土粉体材料中掺用矿物掺和料可以调节新拌混凝土的工作性能和施工性能，而且高流动混凝土中的浆体总量比普通混凝土的大，如果仅用水泥作为粉体材料，则会引起混凝土早期水化热较大、硬化混凝土收缩较大，不利于提高混凝土的耐久性和体积稳定性。

高流动混凝土一般分为三种类型：粉体系、增粘剂系和并用系。后两种类型的高流动混凝土均要使用到增粘剂，增粘剂能显著增加水溶液的黏度，解决高流动度的新拌混凝土的变形能力和抗离析性的矛盾，提高高流动混凝土的稳定性、充填性，但是一般掺入增粘剂会使混凝土硬化后的强度有所影响。

矿物掺和料对高流动混凝土性能影响，混凝土的矿物外掺料包括粉煤灰、矿渣、硅灰等。這些掺和料是高流动混凝土必不可少的组分，掺入活性矿物掺和料可节约水泥，有显著的经济效益，更重要的还在于在高流动混凝土中只有掺入活性矿物掺和料才可取得许多重要的技术效果。众所周知，活性混合材有“活性效应”、“界面效应”、“微填效应”和“减水效应”。在高流动混凝土中，要充分地发挥这些效应，一是要求混合材料的颗粒粒径与水泥颗粒在微观上应形成级配体系；二是球形玻璃体含量要高，因球形玻璃体混合材的减水效应显著，需水量比可大大降低。掺用矿物掺和料的目的是调节混凝土的施工性能、增强混凝土的耐久性。它不仅可以弥补细粉料的不足，减少混凝土拌和物的离析泌水现象，改善混凝土的泵送等施工性能，还可以提高混凝土的耐久性。活性矿物材料与水泥水化产物Ca（OH）2起火山灰反应，生成C-S-H，使硬化水泥浆内的孔隙细化，提高了水泥浆和水泥浆-集料界面的强度，反应消耗了Ca（OH）2，有利于混凝土在酸性条件下的耐久性。活性矿物掺和料可降低混凝土初期的水化热，控制混凝土的温升，减少温度裂缝，因此矿物细掺料具有低需水量和高活性的特点。为了保证混凝土的耐久性，可利用不同掺和料的复合效应。例如，矿渣比粉煤灰活性高，而抗离析性差，粉煤灰比矿渣抗碳化性能差，但收缩小。硅灰需水量大，但是能提高高流动混凝土的稳定性[2]。

3 增粘剂对高流动混凝土性能的影响

增粘剂是近几年研究开发的一种新型的水泥混凝土外加剂，它能够增加水泥胶凝材料的粘聚性和黏结力，减少材料组分的分离率，提高水泥胶凝材料的匀质性。增粘剂目前正越来越多的应用于水泥混凝土中，主要应用于高流动砂浆、高流动混凝土、水下不分散混凝土以及喷射混凝土中。

增粘剂能显著增加水溶液的黏度，解决高流动度、高扩展度的新拌砂浆和混凝土的变形能力和抗离析性的矛盾，但是一般掺入增粘剂会对砂浆和混凝土性能有所影响。通过高流动砂浆来研究三种增粘剂类型（PR-328、HPMC、HTL-S100）不同掺量对高流动砂浆力学性能、工作性能和孔隙构造的影响。最后，选择一种增粘剂进行高流动混凝土的配制[3]。

4 结束语

通过上述各种原材料的敏感性分析，可以得出以下结论：

（1）在实际工程应用中，粉煤灰是高流动混凝土最常用的矿物掺和料，粉煤灰可以改善混凝土的工作性能，降低混凝土拌和物流动性的经时损失，具有形态效应、活性效应以及微集料效应。高炉矿渣抗离析性差，需水量小，但是可以改善混凝土的工作性。硅灰可以改善混凝土拌和物的黏聚性及流变性，大幅度提高混凝土拌合物的稳定性，显著降低泌浆和泌水。

（2）增粘剂可以明显改善拌和物的粘聚性。由于增粘剂有良好的保水作用，加入增粘剂后的高流动砂浆几乎没有泌水情况的发生。增粘剂可以提高高流动砂浆的填充性能和拌和性能。

（3）三种增粘剂对砂浆强度都有一定的影响，PR-328降低了砂浆强度，并且随着掺量的增大，抗压强度减小，但对抗折强度影响不大；而掺HPMC和HTL-S100两种增粘剂的砂浆的抗压和抗折强度均有所增大，其中掺入HTL-S100对砂浆的抗压和抗折强度的增强作用较明显，但是随着掺量的增大砂浆的抗压和抗折强度均有所降低。

（4）增粘剂对砂浆的孔隙构造有一定的影响，主要表现为增粘剂的掺入在某种程度上抑制混凝土微观孔结构的变化，使混凝土孔隙构造随龄期的变化量减小。当龄期为28天时，掺入增粘剂的砂浆的总孔隙量均高于普通砂浆。掺入增粘剂后，混凝土中的大孔隙和毛细孔隙有所增加，而凝胶孔隙有所减小。

（5）本文使用了砂浆强度减小的增粘剂——PR-328来配制并用系高流动混凝土，其新拌混凝土的工作性能和硬化混凝土的力学强度均满足要求。因此可以预计，利用HPMC和HTL-S100也可配制出满足工程要求的并用系高流动混凝土，所以这三种增粘剂均可以运用于高流动混凝土的配制。

总之，增粘剂可以增加混凝土的粘聚性，提高混凝土的黏性，减少泌水，有效提高高流动混凝土的性能。由于黏性的增加，混凝土内部孔隙量有所增加，特别是大孔隙和毛细孔隙增加，从而对混凝土的强度等性能产生一定的影响，在實际工程中应予以关注。

参考文献

[1] 汪澜.水泥混凝土组成、性能、应用[M].北京：中国建材工业出版社，2005：97.

[2] 吴红娟.高流动混凝土配合比設计方法研究[D].天津：天津大学，2005.

[3] 叶燕华，陈丽华，杜艳静，等.高效减水剂和增黏剂对高流动混凝土性能的影响[J].混凝土，2008，（6）：64-67.