高效减水剂和粉煤灰对混凝土性能的影响

张旭贤 牛新平 王 成 任彤彤

(塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆阿拉尔843300)

目前我国市场上高效减水剂的主流品种有萘系、脂肪族系、三聚氰胺系、聚羧酸系等[1]。研究表明，混凝土掺加萘系减水剂、脂肪族系减水剂、三聚氰胺系减水剂后的保坍性不佳;聚羧酸系减水剂的保坍性能优异、与水泥适应性好，但由于其因价格昂贵，使得应用范围受到一定的限制[2，3]。高效减水剂对水泥有强烈分散作用，能大大提高水泥拌和物的流动性和混凝土坍落度，同时大幅度降低用水量，显著改善新拌混凝土的工作性能和混凝土各龄期强度[4]。在掺加不同高效减水剂的混凝土中，复合两种缓凝剂，能够降低复合外加剂成本，提高混凝土强度[5]。本文通过对高效减水剂与粉煤灰的复合使用，探索高效减水剂与粉煤灰对混凝土和易性和强度的影响，寻求高效减水剂与粉煤灰复合使用与水泥的适应性问题，达到降低成本的目的。

1 试验材料

1.1 水泥

水泥为青松建化生产的42.5普通硅酸盐水泥，其品质检验结果满足国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175－1999)的相关要求。

1.2 粉煤灰

粉煤灰为阿拉尔电厂的粉煤灰。其品质指标见表1。检验结果表明，阿拉尔电厂的粉煤灰品质满足《用于水泥和混凝土中粉煤灰》(GB 1596－91)Ⅱ级粉煤灰的要求。

表1 粉煤灰品质检验结果

1.3 骨料

本次试验所用的骨料均是由西大桥沙场生产的，三种骨料的基本性能见表2。

表2 骨料的基本性能

1.4 拌和水:阿拉尔市普通居民饮用水

1.5 高效减水剂:为四川省宜宾市江海混凝土外加剂厂所生产的FDN－T型高效减水剂，其参数如下表3。

表3 高效减水剂指标

2 试验方案

按照《水工混凝土实验规程》(DL/T 5150－2001)规范进行试验，抗压强度试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm。对C30、C35的混凝土进行配合比设计，C30混凝土水灰比为0.51，C35混凝土水灰比为0.42，水泥均为425硅酸盐水泥，粉煤灰掺量均为0、10%、20%、25%、30%、40%(不含外加剂时粉煤灰掺量为0、10%、20%、30%、40%)，外加剂掺量均为等质量水泥重的0.6%、0.8%、1.0%，共42组配合比。拌合试样检测两种强度下混凝土的坍落度，测量7天、14天、28天、56天混凝土抗压强度。根据试拌混凝土的和易性、抗压强度等试验数据，分析高效减水剂和粉煤灰对混凝土性能的影响。

3 实验结果与分析

3.1 粉煤灰对混凝性能的影响

3.1.1 粉煤灰对混凝土和易性的影响

对粉煤灰掺量为0、10%、20%、30%、40%的C35、C30两组混凝土进行坍落度试验。为使试验结果具有可比性，保持每组混凝土配合比不变，只改变粉煤灰和水泥的用量，粉煤灰等量取代水泥的比例分别为0%、10%、20%、30%、40%的混凝土试块试验结果如图1所示。

图1 C30、C35混凝土和易性随粉煤灰掺量的变化图

从图1可看出，掺加粉煤灰对C30和C35混凝土工作性的改善十分明显，各掺量粉煤灰混凝土的坍落度均大于基准混凝土。粉煤灰取代水泥量为10%～40%时，随着粉煤灰取代水泥量的增加，混凝土拌合物的坍落度呈上升趋势。掺入粉煤灰增大了浆－骨比，大量的浆体填充了骨料间的孔隙，包裹并润滑了骨料颗粒，从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性，有效地改善拌合物的和易性[6，7]。

3.1.2 粉煤灰对混凝土抗压强度影响

试验分C30、C35两组，每组骨料配比不变，水泥用量随着粉煤灰等量取代而改变。每组粉煤灰掺量依次为0、10%、20%、30%、40%，观测7天、28天、56天抗压强度如图2和图3所示。

由图2、图3可以看出，粉煤灰掺量为水泥量的10%～40%时，随着粉煤灰掺量的增加，C35和C30混凝土的抗压强度在7 d、28 d和56 d龄期都有从增大到减小的变化趋势，其中在20%时强度达到最大，早期强度和长期强度都得到了提高，尤其是后期强度，表明粉煤对混凝土中后期强度有很大的贡献[8]。对于实验所用的水泥和粉煤灰，粉煤灰的最佳掺量为20%较为合适。两者的区别是对于C30的混凝土来说，龄期从28 d增加到56 d的过程中其强度增幅没有C35的强度增幅大，说明粉煤灰掺量对于提高较高强度的混凝土的强度更为有利。

图2 C35混凝土抗压强度随粉煤灰掺量的变化图

图3 C30混凝土抗压强度随粉煤灰掺量的变化图

3.2 高效减水剂和粉煤灰对混凝土和易性的影响

3.2.1 高效减水剂一定粉煤灰不同掺量对混凝土和易性的影响

试验掺0.8%高效减水剂，试验分C30、C35两组，每组骨料配比不变，水泥用量随着粉煤灰等重量取代而改变。每组粉煤灰掺量依次为0、10%、20%、30%、40%，测量其坍落度，试验结果见图4。由图4可以看出，掺加0.8%的高效减水剂后，C35和C30混凝土的坍落度都随着粉煤灰掺量的增加而增大，具有近似相同的增幅趋势，但C35混凝土的坍落度要比C30的大一些。粉煤灰掺量为30%时，对于C30混凝土的坍落度有个突变，其原因估计是试操作有误所致。

图4 高效减水剂掺量相同粉煤灰不同掺量对混凝土和易性的影响

图5 粉煤灰掺量相同高效减水剂不同掺量对凝土和易性的影响

3.2.2 粉煤灰一定高效减水剂不同掺量对混凝土和易性的影响

粉煤灰掺量为20%，高效减水剂掺量均为等质量水泥重的0.6%、0.8%、1.0%，C30和C35混凝土的坍落度如图5所示。由图5可以看出，在粉煤灰掺量一定的情况下，C30和C35混凝土的坍落度都是随着高效减水剂的掺量增加而增大，对C35混凝土的影响更大一些。

3.3 高效减水剂和粉煤灰对混凝土强度的影响

3.3.1 高效减水剂一定粉煤灰不同掺量对混凝土强度的影响

试验分C30、C35两组，每组骨料配比不变，水泥用量随着粉煤灰等重量取代而改变。每组粉煤灰掺量依次为0、10%、20%、25%、30%、40%，高效减水剂掺量为0.8%，观测7天、28天、56天抗压强度如图6和图7所示。

图6 高效减水剂掺量相同粉煤灰不同掺量对C30混凝土抗压强度的影响

图7 高效减水剂掺量相同粉煤不同掺量对C35混凝土抗压强度的影响

由图6和图7可看出:在掺0.8%高效减水剂且其他条件不变的情况下，C30和C35混凝土7 d、28 d和56 d混凝土的强度都是随着粉煤灰掺量的增加其强度先增大后变小的变化趋势，当粉煤灰含量占水泥等重量25%时混凝土抗压强度最大，这是与不掺加高效减水剂时20%混凝土强度达到最大的区别，说明增加高效减水剂时可以激发粉煤灰的水化作用。

3.3.2 粉煤灰一定高效减水剂不同掺量对混凝土强度的影响

试验分C30、C35两组，每组骨料配比不变，水泥用量随着粉煤灰等重量取代而改变。粉煤灰掺量为25%，高效减水剂掺量为0.6%、0.8%和1.0%，观测7天、14天、28天抗压强度如图8和图9所示。

图8 粉煤灰掺量相同高效减水剂不同掺量对C30混凝土抗压强度的影响

图9 粉煤灰掺量相同高效减水剂不同掺量对C35混凝土抗压强度的影响

由图8可以看出，粉煤灰掺量为25%，高效减水剂掺量在0.6%～1.0%时，C30混凝土7天和14天强度在0.8%时最小，7 d、14 d和28 d强度在高效减水剂含量为1.0%时抗压强度最大，因此掺加高效减水剂的最佳含量在1.0%能更好的提高混凝土的强度。C35混凝土7天强度在高效减水剂掺量在0.6%～1.0%时逐渐减小，14 d和28 d强度在高效减水剂掺量在0.6%～1.0%时逐渐增大，在1.0%时达到最大，主要是由于高效减水剂的减水作用，使混凝土水灰比降低，降低了混凝土的孔隙率，改善了混凝土的孔结构，使混凝土的强度不断提高。

4 结论

通过试验，表明掺加粉煤灰和高效减水剂都能明显改善混凝土的工作性，各掺量粉煤灰混凝土的坍落度均大于基准混凝土，粉煤灰取代水泥量为10%～40%时，随着粉煤灰取代水泥量的增加，混凝土拌合物的坍落度呈上升趋势;混凝土中掺入高效水剂量在一定范围(0～1%)内时，混凝土坍落度随着掺入量的增多而增大;当粉煤灰掺量为25%、高效减水剂为1.0%时混凝土强度最大。

[1] 吕智英，胡晓波.高效减水剂的改性研究综述[J] .混凝土，2007(3):63－68.

[2] 胡延燕，李家辉.聚羧酸高效减水剂与其他高效减水剂复合效应研究[J] .商品混凝土，2008(1):7－9.

[3] 邓少霞，何廷树，周元.聚羧酸系与脂肪族系高效减水剂复合效应试验研究[J] .混凝土，2008(3):55－60.

[4] 张秀芝，杨永清，裴梅山.高效减水剂的应用与发展[J] .济南大学学报(自然科学版)，2004，18(2):139－144.

[5] 张新东，韩越.混凝土缓凝剂复合使用的辅助塑化效应[J] .塔里木大学学报，2008，20(4):18－21.

[6] 宋岩丽.粉煤灰效应及其对混凝土性能的影响[J] .山西建筑，2003，29(11):61－62.

[7] 王彦君，胡荣华，刘梦溪，等.粉煤灰对混凝土工作性能的影响[J] .江苏煤炭，2003(3):67－68.

[8] 李金奎.高掺量粉煤灰混凝土强度特性试验研究[J] .粉煤灰综合利用，2006(4):10－11.