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增效剂对混凝土工作性能及力学性能的影响

2020-04-06邱盛李涛于志强吴家有

商品混凝土 2020年3期
关键词:增效剂崇左基准

邱盛,李涛,于志强,吴家有

(1. 中建商品混凝土广西有限公司,广西 南宁 530221;2. 广西屹桂混凝土有限公司,广西 南宁 530221)

0 前言

随着国家经济的快速发展,基础建设力度不断加大,混凝土成了土木工程中使用量最多的建筑材料。近来受国家节能减排的政策要求,水泥出现了供不应求的局面,价格更是一路飙涨,对混凝土企业及施工单位造成了巨大的成本压力[1]。不仅如此,由于砂石品质下降,搅拌站生产往往为了提高混凝土工作性和强度富余值而提高水泥用量,而根据研究表明,混凝土中有将近20% 水泥没有完全水化,只是作为惰性填充材料,造成极大资源浪费[2]。混凝土增效剂是一种有机物,具有一定分散、激发作用[3],通过选择合适的增效剂并进行配合比优化,在保证混凝土综合性能与原配合比相同甚至略有提高的情况下,各强度等级的混凝土可降低水泥用量 8%~13% 的用量[4]。因此,本文系统地研究了两种增效剂与不同种类水泥的适应性以及对 C20、C30 混凝土工作性能和力学性能的影响,为预拌混凝土搅拌站应用增效剂提供应用参考。

1 原材料及试验方法

1.1 水泥

崇左红狮 P·O42.5,武鸣红狮 P·O42.5,隆安海螺P·O42.5,其物理性能如表 1 所示。钦州蓝岛 F 类 Ⅱ级粉煤灰,细度 24.8%,烧失量 1.1%,需水比 98%。上林机制砂细度模数 2.6,石粉含量 5.2%,亚甲蓝值 1.0。上林 5~31.5mm 连续级配碎石,针片状含量3.0%,压碎值 9.0,空隙率 44%。中建新材料科技有限公司减水剂,固含量 11.2%,减水率 21.0%;增效剂A,推荐掺量为胶凝材料的 0.6%~0.8%;增效剂 B,推荐掺量为胶凝材料的 0.6%~0.8%。

表1 水泥物理性能

1.2 试验方法

参照 JGJ/T 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》设计 C20、C30 基准配合比,如表 2 所示。

表2 基准配合比 kg/m3

本试验混凝土拌合物试验方法参照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行;力学性能试验方案参照 GB/T 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。

2 试验结果与分析

2.1 增效剂与不同种类水泥适应性研究

针对三种不同水泥的 C20、C30 基准混凝土配合比,掺入胶材总量 0.6% 增效剂,分别降低 15kg、20kg水泥,对比基准混凝土与增效剂混凝土的工作性差异,探究增效剂与不同水泥的适应性,结果如表 3 所示。

从表 3 可以看出,基于增效剂 B 与增效剂 A,使用崇左红狮水泥配制增效剂混凝土与基准混凝土相比,减水剂掺量均略微降低,但增效剂 B 混凝土损失明显,相比之下增效剂 A 与崇左水泥的适应性要优于增效剂B;使用武鸣红狮水泥,增效剂 A 混凝土包裹性差、粘度大,显然增效剂 B 与武鸣红狮水泥的适应性要优于增效剂 A;使用隆安海螺水泥,两种增效剂均与水泥表现不适应性,但随着混凝土强度等级增加,增效剂 A 的适应性要优于增效剂 B。

2.2 增效剂与同种类水泥适应性研究

以 C30 混凝土为基准,掺入胶材总量的 0.6% 增效剂 A 降低 20kg 水泥,探究与不同时间段的崇左水泥适应性,工作性能如表 4 所示。

从表 4 可以看出,与基准混凝土相比,使用 1 月的崇左红狮水泥配制增效剂混凝土出现出机坍损现象;而使用 3 月和 5 月的崇左红狮水泥配制增效剂混凝土工作性良好,结果表明增效剂 A 与同种水泥不同时间段也存在明显的适应性差异。其原因可能为水泥生产厂家季节性调整配方、原材料变化及其他原因,水泥本身存在一定的质量波动,而加入增效剂后放大了变化程度,从而表现出不适应性。

从表 3 和表 4 的试验结果表明,不同种类增效剂与同种水泥、同种增效剂与不同水泥、同种增效剂与不同时间段的同种水泥均存在适应性差异。

表3 不同水泥的增效剂混凝土工作性能

表4 同种水泥增效剂混凝土工作性能

2.3 增效剂对混凝土力学性能的影响

以 C20、C30 混凝土为基准,研究增效剂对不同种类水泥制备的混凝土力学性能的影响。一是在不减少水泥用量的条件下加入胶材总量 0.6% 的 A 增效剂(对比 A 组),二是 C20、C30 基准配合比分别减少水泥15kg、20kg,掺入胶材总量 0.6% 的 A 增效剂(对比 B组)。分别在 7d、28d、60d、120d 时进行抗压强度检

测,每个龄期需制作 2 组试件,包含标准养护试件及室内自然养护试件,研究基准配混凝土与增效剂混凝土的力学性能差异,如表 5 所示。

表5 基准混凝土与增效剂混凝土抗压强度对比 MPa

图1 标养基准组混凝土与对比 A 组混凝土强度对比

从表 5 与图 1 分析可知,基准组与对比 A 组在不同的水泥配制增效剂混凝土时,C20、C30 各龄期标准养护强度发展规律表现差异较大。使用武鸣红狮水泥,28 天强度均值 25.1MPa,120 天强度均值 35.7MPa,28 天至 120 天强度增幅 42%;而 C20 增效剂混凝土 28天强度均值 24.6MPa,120 天强度均值 35.2MPa,28天至 120 天强度增幅 42%,与基准混凝土基本持平;C30 基准混凝土 28 天强度均值 34.2MPa,120 天强度均值 40.0MPa,28 天至 120 天强度增幅 17%;C30 增效剂混凝土 28 天强度均值 32.6MPa;120 天强度均值40.3MPa,28 天至120天强度增幅 23.6%。使用崇左红狮水泥,C20 基准混凝土 28 天强度均值 24.7MPa;120天强度均值 33.9MPa,28 天至 120 天强度增幅 37%;而 C20 增效剂混凝土 28 天强度均值 25.0MPa;120 天强度均值 34.4MPa,28 天至 120 天强度增幅 38%;C30 基准混凝土 28天强度均值 33.6MPa,120 天强度均值 40.9MPa,28 天至 120 天强度增幅 21.7%;C30 增效剂混凝土 28 天强度均值 30.4MPa,120 天强度均值37.6MPa,28 天至 120 天强度增幅 24%。使用隆安海螺水泥,C20 基准混凝土 28 天强度均值 21.8MPa,120天强度均值 30.7MPa,28 天至 120 天强度增幅 41%;而 C20 增效剂混凝土 28 天强度均值 22.1MPa;120 天强度均值 31.5MPa,28 天至 120 天强度增幅 42%;C30 基准混凝土 28 天强度均值 32.2MPa,120 天强度均值 40.6MPa,28 天至 120 天强度增幅 26%;C30 增效剂混凝土 28 天强度均值 35.9MPa;120 天强度均值42.1MPa,28 天至 120 天强度增幅 17%。综上所述,在相同配合比加入 0.6% 的增效剂,其混凝土各龄期抗压强度因水泥品种不同对同龄期强度提升及强度增长率差异较大。

图2 标养基准混凝土与对比 B 组混凝土强度对比

由表 5 和图 2 分析可知,在 C20、C30 基准混凝土分别减少 15kg/m3和 20kg/m3水泥用量配制增效剂混凝土时,标养条件下使用武鸣红狮水泥,C20 增效剂混凝土 28 天强度均值 20.9MPa,低于基准混凝土 4.2MPa,120 天强度均值 28.6MPa,低于基准混凝土 7.1MPa;C30 增效剂混凝土 28 天强度均值 35.2MPa,高于基准混凝土 1.0MPa,120 天强度均值 43.4MPa,高于基准混凝土 3.0MPa。使用崇左红狮水泥,C20 增效剂混凝土 28 天强度均值 25.8MPa,高于基准混凝土 1.1MPa,120 天强度均值 33.3MPa,低于基准混凝土 0.6MPa;C30 增效剂混凝土 28 天强度均值 34.1MPa,高于基准混凝土 0.5MPa,120 天强度均值 41.0MPa,高于基准混凝土 0.1MPa。使用隆安海螺水泥,C20 增效剂混凝土28 天强度均值 25.2MPa,高于基准混凝土 3.4MPa,120天强度均值 33.3MPa,高于基准混凝土 2.6MPa;C30增效剂混凝土 28 天强度均值 32.7MPa,高于基准混凝土 0.5MPa,120 天强度均值 40.1MPa,低于基准混凝土0.5MPa。综上所述,标养条件下 C20、C30 基准混凝土分别减少 15kg/m3和 20kg/m3水泥用量配制增效剂混凝土 28 天强度均能达到设计要求,但各龄期混凝土抗压强度因水泥品种不同或高于基准混凝土,或低于基准混凝土,但均在 5MPa 范围内,28 天至 120 天强度增幅与基准混凝土基本持平,其中崇左红狮水泥 C20、C30增效剂混凝土强度发展曲线与基准混凝土高度相似,各龄期抗压强度与基准混凝土相当甚至高于基准混凝土。

图3 自养基准混凝土与对比 A 组混凝土强度对比

从表 5 和图 3 分析可知,在同配合比条件掺入0.6% 的增效剂配制增效剂混凝土,自养条件使用武鸣红狮水泥,C20 基准混凝土 28 天强度均值 28.8MPa;120 天强度均值 33.2MPa,28 天至 120 天强度增幅15.3%;而 C20 增效剂混凝土 28 天强度均值 27.4MPa,120 天强度均值 35.3MPa,28 天至 120 天强度增幅29%。C30 基准混凝土 28 天强度均值 35.6MPa,120天强度均值 40.4MPa,28 天至 120 天强度增幅 14%;C30 增效剂混凝土 28 天强度均值 31.6MPa,120 天强度均值 40.9MPa,28 天至 120 天强度增幅 29%。使用崇左红狮水泥,C20 基准混凝土 28 天强度均值27.8MPa;120 天强度均值 33.5MPa,28 天至 120 天强度增幅 21%;而 C20 增效剂混凝土 28 天强度均值 25.5MPa,120 天强度均值 33.3MPa,28 天至 120天强度增幅 31%。C30 基准混凝土 28 天强度均值36.5MPa,120 天强度均值 42.9MPa,28 天至 120 天强度增幅 17.5%;C30 增效剂混凝土 28 天强度均值33.3MPa;120 天强度均值 37.8MPa,28 天至 120 天强度增幅 14%。使用隆安海螺水泥,C20 基准混凝土 28天强度均值 24.9MPa,120 天强度均值 28.5MPa,28 天至 120 天强度增幅 14%;而 C20 增效剂混凝土 28 天强度均值 23.6MPa,120 天强度均值 26.7MPa,28 天至 120 天强度增幅 17%。C30 基准混凝土 28 天强度均值 32.5MPa,120 天强度均值 38.8MPa,28 天至 120天强度增幅 19%;C30 增效剂混凝土 28 天强度均值34.5MPa;120 天强度均值 36.8MPa,28 天至 120 天强度增幅 7%。综上所述,在相同配合比加入 0.6% 的增效剂,三种水泥自然养护条件下增效剂混凝土早期强度并未显著提高,甚至低于基准混凝土,且后期强度增幅差异较大。

图4 自养基准混凝土与对比 B 组混凝土强度对比

由表 5 和图 4 分析可知,在 C20、C30 基准混凝土分别减少 15kg/m3和 20kg/m3水泥用量配制增效剂混凝土时,自养条件下使用武鸣红狮水泥,C20 增效剂混凝土 28 天强度均值 23.7MPa,低于基准混凝土 5.1MPa,120 天强度均值 28.1MPa,低于基准混凝土 5.1MPa;C30 增效剂混凝土 28 天强度均值 38.4MPa,高于基准混凝土 2.8MPa,120 天强度均值 43.4MPa,高于基准混凝土 3.0MPa。使用崇左红狮水泥,C20 增效剂混凝土 28 天强度均值 29.3MPa,高于基准混凝土 1.5MPa,120 天强度均值 34.7MPa,高于基准混凝土 1.2MPa;C30 增效剂混凝土 28 天强度均值 36.8MPa,高于基准混凝土 0.3MPa,120 天强度均值 44.2MPa,高于基准混凝土 1.3MPa。使用隆安海螺水泥,C20 增效剂混凝土28 天强度均值 27.1MPa,高于基准混凝土 2.2MPa,120天强度均值 31.9MPa,高于基准混凝土 3.4MPa;C30增效剂混凝土 28 天强度均值 35.7MPa,高于基准混凝土 3.2MPa,120 天强度均值 41.4MPa,高于基准混凝土2.6MPa。

由表 5 和图 4 还可以看出,自养条件下 C20、C30基准混凝土分别减少 15kg/m3和 20kg/m3水泥用量配制增效剂混凝土 28 天强度均能达到设计要求,其中崇左红狮水泥和隆安海螺水泥 C20、C30 增效剂混凝土各龄期抗压强度均高于基准混凝土,但是整体增效剂混凝土抗压强度因水泥品种不同表现出一定的差异。

3 结论

(1)不同种类增效剂与不同种类水泥适应性差异较大,即使用同种增效剂和同种水泥不同批次配制增效剂混凝土仍会表现出工作性差异,在配制增效剂混凝土时,需要定期组织混凝土工作性试配验证工作。

(2)利用增效剂制备混凝土,在标准养护和自然养护条件下,与基准混凝土相比,120d 龄期内强度发展趋势因水泥品种不同而表现出差异性,无统一的规律。

(3)选择与原材料适应性良好的增效剂制备混凝土,可以在保持工作性、强度与基准混凝土相当的前提下减少一定量的水泥用量,降低混凝土成本。

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