SD-ZX混凝土增效剂的制备及性能研究

王玫，林春彦

（北京盛大风华科技有限公司，北京 101309）

0 引言

高性能混凝土是由水泥、矿物掺合料、细骨料、粗骨料、水和外加剂六种组分组成。随着建筑功能的增加，其对混凝土的相关性能要求越来越高，如：高流态、高强度及高耐久性等[1]。随着我国环保方面意识的提高，水泥行业限产及错峰生产，致使我国水泥价格节节攀升，这对混凝土搅拌站造成较大的成本压力。由于在混凝土中水泥占成本数较大，同时在混凝土水化过程中，有一部分水泥颗粒不能水化，只作为填料而浪费[2]。截止目前为降低水泥用量，而保证混凝土强度的思路主要有两个：（1）通过化学激发剂将矿物掺合料的火山灰活性彻底激发[3,4]；（2）作为辅助分散剂进一步打开絮凝结构，使水泥进一步水化[5,6]。学者发现激发矿物掺合料火山灰活性效果较好的有碱性激发剂[3]、三乙醇胺[7]、硫酸盐[8,9]和氯盐[8]，但存在单掺效果不明显、掺量相对较大等缺点。同时矿渣活性相对比粉煤灰活性高，并且对后期强度非常有利[10]。本文试图融合两种提高混凝土强度的思路，制备出既有激发效果又有辅助分散效果的混凝土增效剂，并探究其不同掺量对水泥标稠需水量、净浆扩展度、胶砂减水率及不同强度等级混凝土减胶激发效果等方面的影响。为混凝土减胶增效剂的开发应用奠定一定的基础。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料及制备方法

（1）P·O42.5 北水水泥：比表面积 420m2/kg，标稠需水量 28.4%，80μm 筛余量 1.2%，3d 胶砂抗压强度29.3MPa，28d 胶砂抗压强度 52.2MPa。

（2）Ⅱ级粉煤灰：45μm 筛余量 16%，需水量比104%，7d 活性指数 65%。

（3）S95 级矿粉：7d 活性指数 85%，28d 活性指数 99%。

（4）砂子：级配合理Ⅱ区中砂，细度模数为 2.7，含泥量为 0.6%。

（5）石子：级配合理，粒径为 5～25mm 的花岗岩碎石。

（6）聚羧酸减水剂：SD-HPC，含固量 10%，掺量2% 时胶砂减水率 28%。

SD-ZX 混凝土增效剂：向四口瓶中加入一定量去离子水，升温至 50℃，然后加入少量甲酸钙搅拌溶解，依次加入有机激发剂和无机激发剂，搅拌络合2h，降温至室温，加入微量消泡剂，即得淡黄色液体，为 SD-ZX 混凝土增效剂。

1.2 性能测试方法

水泥标稠需水量：参照 GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行测试。其中 SD-ZX 折固掺量为胶凝材料质量的 0.05%、0.10%、0.15% 及 0.20%。

水泥净浆流动度测试：参照 GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中水泥净浆试验方法进行测试，W/B＝0.29，其中聚羧酸减水剂掺量为胶凝材料的 1.5%，其中 SD-ZX 折固掺量为胶凝材料质量的0.05%、0.10%、0.15% 及 0.20%。

胶砂减水率：参照 GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中水泥净浆试验方法进行测试。其中聚羧酸减水剂掺量为胶凝材料的 2%，其中 SD-ZX折固掺量为胶凝材料质量的 0.05%、0.10%、0.15% 及0.20%。

混凝土基本性能参照 GB 8076—2008《混凝土外加剂》试验方法进行测试。其中 SD-ZX 折固掺量为胶凝材料质量的 0.05%、0.10%、0.15% 及 0.20%。

2 结果与讨论

2.1 水泥试验

SD-ZX 掺量对水泥及水泥胶砂的影响见表 1。

2.1.1 SD-ZX 掺量对水泥标稠需水量的影响

胶凝材料的标稠需水量对聚羧酸减水剂的适应性和混凝土的状态有重要的影响。为探究 SD-ZX 混凝土增效剂的水泥适应性，因此需要研究不同掺量的 SD-ZX对水泥标稠需水量的影响，其影响结果，见图 1。由图1 可知，该 SD-ZX 的加入会不同程度地降低水泥的标稠需水量，随着 SD-ZX 掺量的增加，水泥的标稠需水量呈逐渐降低的趋势，并且降低幅度逐渐减小。当掺量为 0.20% 时，降到最低，达 26.7%。即该混凝土增效剂对水泥的适应性相对较好，如果与聚羧酸减水剂复合使用，可能会呈辅助减水效应。

表1 水泥试验结果

图1 SD-ZX 掺量对水泥标稠需水量的影响

2.1.2 SD-ZX掺量对水泥净浆流动度的影响

由 2.1.1 可知，SD-ZX 对水泥标稠需水量有降低的作用，但其对聚羧酸减水剂的适应性也需要探讨。不同 SD-ZX 掺量对水泥净浆流动度的影响结果如图2所示，其中聚羧酸减水剂掺量为 1.5%。由图2可知，SDZX 与聚羧酸减水剂的适应性良好，并且随着 SD-ZX 掺量的增加，其净浆扩展度和净浆保持性能随之提高。当SD-ZX 掺量为 0.15% 时，其净浆扩展度达到最大，达245mm，比空白增加 20mm。并且掺量再增加后，净浆扩展度增加幅度不大。

2.1.3 SD-ZX 掺量对胶砂减水率的影响

由 2.1.2 可知，SD-ZX 与聚羧酸减水剂之间的适应性良好。为探究其是否具有辅助减水作用，其不同掺量下的胶砂减水率结果如图3所示。由图3可知，与空白相比，SD-ZX 的掺入会不同程度的辅助增加胶砂减水率，并且随着 SD-ZX 掺量的增加其辅助减水作用更明显。当掺量为 0.15% 时，其减水率达到最大，为29.3%，比空白高 1.5%。掺量再增加，其辅助减水作用不明显。从而证明 SD-ZX 具有一定的辅助减水作用。

图2 SD-ZX 掺量对水泥净浆流动度的影响

图3 SD-ZX 掺量对胶砂减水率的影响

2.2 SD-ZX 掺量对不同强度等级混凝土强度的影响

由上述水泥试验可知，SD-ZX 对水泥适应性较好，有一定辅助减水作用，为探讨其对混凝土是否活性激发性能，分别研究不同强度等级（C30、C40 和C50）、SD-ZX 掺量（0%、0.05%、0.10%、0.15% 和0.20%）及降低水泥用量（各个强度等级混凝土降低水泥 50kg，分别摊到粉煤灰 20kg 和矿粉 30kg）对混凝土强度的影响。其各强度等级混凝土配合比调整情况及抗压强度结果如表2所示。

表2 混凝土配合比及抗压强度结果

不同强度等级的混凝土抗压强度变化情况如图4所示。由图4可知，减少水泥用量后，不同水泥强度等级不同龄期的混凝土强度都比空白降低不少，降低水泥用量后，随着 SD-ZX 掺量的增加，不同强度等级不同龄期的混凝土强度都有不同程度的提高。由图 4(a) 可知，对于 C30 混凝土，SD-ZX 的掺入会不同程度提高混凝土各龄期强度，当掺量为 0.15% 时，28d 混凝土抗压强度达到最大，为 42MPa，比空白高 3MPa；由图4(b) 可知，对于 C40 混凝土，SD-ZX 的掺入会不同程度提高混凝土各龄期强度，当掺量为 0.20% 时，28d 混凝土抗压强度为 52MPa，比空白高 4MPa；由图 4(c) 可知，对于 C50 混凝土，SD-ZX 的掺入会不同程度提高混凝土各龄期强度，当掺量为 0.2% 时，28d 混凝土抗压强度为 61MPa，比空白高 2MPa。SD-ZX 对高强度等级混凝土的良好减胶增效效果，突破了高强度等级混凝土不能使用增效剂的局限性。

图4 SD-ZX 对不同强度等级混凝土抗压强度的影响

3 结论

随着 SD-ZX 掺量的增加，水泥标稠需水量逐渐降低，当掺量为 0.20% 时，降到最低，达 26.7%，比空白低 2.3%；随着 SD-ZX 掺量的增加，其净浆扩展度和净浆保持性能随之提高，SD-ZX 掺量为 0.15% 时，其扩展度最大，达 245mm，比空白增加 20mm；随着 SDZX 掺量的增加其辅助减水作用明显，当掺量为 0.15%时，胶砂减水率达最大，为 29.3%，比空白高 1.5%。

减少水泥用量后，混凝土强度受损，随着 SD-ZX掺量的增加，混凝土各强度等级各龄期强度都有提高。当掺量为 0.15% 时，C30 的 28d 混凝土抗压强度达到最大，为 42MPa，比空白高 3MPa；当掺量为 0.20% 时，C40 的 28d 混凝土抗压强度达到最大，为 52MPa，比空白高 4MPa；当掺量为 0.20% 时，C50 的 28d 混凝土抗压强度达到最大为 61MPa，比空白高 2MPa。SD-ZX 兼备辅助减水和活性激发性能，适用于各强度等级混凝土。