增效剂在商品混凝土中应用研究

欧阳孟学 张凯峰 郭 艳 李艳超 赵世冉 张学杰

（1.中建商品混凝土西安有限公司，陕西 西安 710116；2.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055）

前言

随着建筑业的迅速发展，作为需求量较大的建筑材料之一，混凝土的使用和发展备受关注。在保证混凝土使用质量的情况下如何降低其生产成本，是混凝土行业所面临的首要任务。研究表明，混凝土中有超过20%的水泥不能充分进行水化反应，只起到填充作用，因而对于未水化水泥是一种浪费，不能充分发挥其强度[1]。由于常用减水剂与水泥作用机理的局限性[2]，当减水剂掺量达到某一值时，对混凝土不再发挥其减水作用，导致难以保障其经济效益。如何在保证经济效益的前提下，使剩余20%的水泥发挥作用，是目前混凝土行业所面临的重点难题与考验。经过科研工作者的不懈努力，一种新型外加剂—增效剂（BTC）攻克了这一难题。增效剂与水泥适应性好，并能在保证混凝土强度的情况下能减少水泥用量、降低生产成本。本文主要探讨增效剂对不同强度等级混凝土的工作性能、力学性能及生产成本的影响。

1 试验原材料

（1）水泥：采用陕西冀东海德堡扶风水泥有限公司生产的盾石牌P·O42.5水泥，其主要技术性能指标见表1。

（2）粉煤灰：采用陕西渭河电厂生产的II级粉煤灰，细度为13.6%。

（3）矿渣粉：采用陕西德龙粉体工程有限公司生产的S95级矿渣微粉，比表面积430m2/kg。

（4）粗集料：使用陕西泾阳县破碎石灰石，具体物理性能指标见表2。

（5）细集料：渭河中砂，细度模数为2.6，级配良好，含泥量1.4%，泥块含量0.3%。

表1 水泥技术性能指标

（6）外加剂：大连西卡建筑材料有限公司聚羧酸系高效减水剂，外观为淡黄色透明液体，其主要技术性能指标见表3。

（7）增效剂：采用北京某建材公司生产的以聚合物为主体的高效复合添加剂，外观为无色半透明液体，密度1.005g/cm3，碱含量0.3%。

（8）水：普通自来水。

2 试验方案

2.1 试验方法

试验主要对C30-C55六个常用的强度等级混凝土配合比进行对比试配验证，按照实际生产情况，使用固含量10%的聚羧酸系高效减水剂对混凝土配合比进行试配验证，基准样与对比样的水胶比应相对接近、外加剂掺量应保持一致，且混凝土拌合物工作性能应相近。根据增效剂产品使用说明，应按照减掉胶材后剩余总胶材量的0.6%添加。

2.2 混凝土配合比设计

试验使用的配合比为常用的C30-C55泵送混凝土基准配合比。以C30为例，未掺BTC功能型外加剂的混凝土配合比用C30-0（基准样）来表示，C30-1（对比样1）表示减少10%水泥用量后按照剩余总胶材量掺入0.6%增效剂，C30-2（对比样2）表示减少15%水泥用量后按照剩余总胶材量掺入0.6%增效剂，其他强度等级以此类推，各配合比的水胶比均参照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）[3]和回归分析计算得到，并根据实际生产经验调整部分参数，最终确定如下试验用混凝土配合比，见表4。

表2 粗集料的技术性能指标

表3 外加剂的技术性能指标

图1 不同强度等级混凝土坍落度

图2 不同强度等级混凝土扩展度

3 结果与讨论

混凝土拌合物工作性能的好坏不仅影响到浇筑施工质量，而且响混凝土力学性能及耐久性能的发展[4]。本文对比研究了增效剂对6个不同强度等级混凝土的工作性能、力学性能及生产成本的影响。

由不同强度等级混凝土的坍落度（见图1）和扩展度（见图2）可知，分别在减少10%和15%水泥用量时，混凝土坍落度和扩展度良好，均能保证混凝土的工作性能，且较基准混凝土有所改善，这是通过增效剂与水泥微观化学作用机理来完成的。掺入增效剂以后，分散了富余水泥颗粒并提升减水剂性能，混凝土拌合物坍落度明显加大，和易性更好，无泌水，不离析。

分析研究6个强度等级混凝土成型基准样与对比样的3d、7d、28d抗压强度，掺入增效剂后，各强度等级混凝土的早、后期强度均有增加。对于C30-C45强度等级混凝土，对比组混凝土3d抗压强度均与基准组混凝土相当，7d、28d抗压强度增长较快，均高于基准混凝土抗压强度值（见图3中（a）、（b）、（c）、（d））；对于C50-C55强度等级混凝土，掺入增效剂后，对比样混凝土3d抗压强度与基准组相当，但随着龄期的增加，在7d、28d时掺增效剂的混凝土强度达到并超过基准混凝土抗压强度值（见图3中（e）、（f））。

从图3中还可以看出，对于C30-C45强度等级混凝土，减少水泥用量15%与减少10%时28d强度相差不大；对于C50-C55强度等级混凝土，减少水泥用量10%比减少15%时增加效果明显。因此，可以认为减少水泥用量10%～15%后，使用增效剂基本能保证混凝土工作性及力学性能。

表4 混凝土配合比

根据图4对比分析增效剂对生产成本的影响可以看出，加入增效剂后，在保证混凝土具有良好的工作性能和力学性能的前提下，对比样1和2的混凝土生产成本较基准混凝土明显降低，节约生产成本约3～5元/m3，这产生的经济效益可观。

图3 不同强度等级混凝土不同龄期的抗压强度

图4 掺增效剂的不同强度等级混凝土成本

结论

（1）增效剂与使用的水泥适应性良好，能改善混凝土的工作性能，提高混凝土拌合物的粘聚性和可泵送性。

（2）增效剂在C30-C55等6个常用强度等级混凝土配合比中均可应用，且不同等级的混凝土的早期及后期力学性能均有所提高。

（3）使用增效剂，在保证混凝土工作性能和力学性能基础上，可减少水泥用量约10%～15%，降低了混凝土的生产成本。推广使用增效剂，具有较好的经济效益和社会效益。

[1] P.K. Mehta, Paulo J.M. Monteiro. 混凝土结构、性能和材料[M]. 中国电力出版社: 2008.

[2] Y. Kazuhiro, T. Ei-ichi, K. Kenji, et.al. Adsorption characteristics of superplasticizers on cement component minerals [J]. Cement and Concrete Research, 2002, 32: 1507-1513.

[3] JGJ55-2011, 普通混凝土配合比设计规程[S].北京：中国标准出版社, 2011.

[4] 邹天平. 水利工程施工技术的新进展[J]. 科技与生活, 2013, 41（8）: 176-177.