配重混凝土的制备研究

娄跃恒，孙琳，王松亮，刘先国

（徐州中联混凝土有限公司，江苏 徐州 221100）

0 前言

海底油气管道、高层建筑物电梯、风电场基础等部位因其特殊需求，需要使用表观密度较高的配重混凝土，以达到表面保护和结构配重的目的。配重混凝土的表观密度通常在 2600kg/m3以上，相比普通混凝土，配重混凝土的表观密度较大，需要用表观密度大的骨料来实现，如重晶石、铁精粉、钢砂、矿石砂等[1-2]。

采用表观密度较大的骨料制备配重混凝土时，因骨料与浆体的密度差较大，混凝土拌合物中的骨料容易沉降，导致混凝土发生分层、离析、坍落度损失过快等问题。本试验经大批量的试配，通过掺入适当的引气剂与增稠剂调整浆体状态，配制出了表观密度符合要求、工作性能和力学性能良好的配重混凝土。

1 原材料

（1）水泥：淮海中联 P·O42.5 水泥，标准稠度需水量比 28.5%，28d 抗压强度 53.3MPa。

（2）粉煤灰：国华 Ⅰ 级灰，45µm 方孔筛筛余6.4%，28d 活性指数 76%。

（3）矿粉：徐钢 S95 级矿粉，流动度比 95%，28d活性指数 96%。

（4）天然河砂：Ⅱ区中砂，含泥量 1.8%，细度模数 2.5。

（5）碎石：公称粒径 5～31.5mm 碎石，含泥量0.5%。

（6）水：市政自来水。

（7）减水剂：苏博特 PCA-1 减水剂，减水率18.8%。

（8）引气剂：三萜皂苷、十二烷基硫酸钠及市售某引气剂。

（9）增稠剂：羧甲基纤维素、淀粉、聚丙烯酰胺。

（10）钢砂：徐钢集团产钢砂。

2 试验方法

将钢砂进行筛分，取粒径范围 0.08～5.0mm 的颗粒进行试验；以常用的普通 C30 配比为基准配合比，采用钢砂等体积取代天然砂；因钢砂表观密度远大于其他原材料（试验结果见表 1），掺入适量引气剂与增稠剂调整浆体状态，配制混凝土并检测混凝土相关性能。

表1 试验用原材料表观密度 kg/m3

根据试验结果配制强度等级 C25～C40 的混凝土，检测混凝土性能变化，试验用配合比见表 2。混凝土的工作性能和力学性能检测分别按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和 GB/T 50081—2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》的相关规定执行。

表2 试验用理论配合比 kg/m3

3 试验结果与讨论

3.1 引气剂对配重混凝土性能影响检测结果

以普通 C30 配比为基准配合比，采用钢砂等体积取代天然砂，分别掺入三萜皂苷（A 组）、十二烷基硫酸钠（B 组）、市售引气剂（C 组），配制混凝土并检测混凝土相关性能，检测结果如表3所示。

表3 引气剂对配重混凝土性能影响检测结果

由表3可知，掺入适量的引气剂后，混凝土拌合物黏度适中、坍落度损失较小，工作性能明显得到改善；但混凝土的力学性能降低。混凝土的骨料级配通常不能达到理想状态，适量引气剂引入的气泡可以补偿骨料中的细颗粒，改善拌合物工作性能；随着引气剂掺量的增加，过量的气泡会造成混凝土抗压强度的下降[3-4]。在试验所用的3种引气剂中三萜皂苷在改善工作性能的同时抗压强度损失最小，这是因为三萜皂苷作为引气剂引入的气泡细小、稳定、结构良好，对力学性能的影响较小[5]。

3.2 增稠剂对配重混凝土性能影响检测结果

掺入适量引气剂后，混凝土拌合物黏度适中、坍落度损失较小；但因钢砂的表观密度过大，容易沉降，导致混凝土出现泌浆、离析等问题。在以三萜皂苷为引气剂的基础上，分别采用羧甲基纤维素（D 组）、淀粉（E 组）、聚丙烯酰胺（F 组）为增稠剂，配制混凝土并检测混凝土相关性能，检测结果见表 4。

由表4可知，掺入增稠剂可以调整混凝土拌合物浆体状态，改善混凝土拌合物工作性能；但使用羧甲基纤维素与聚丙烯酰胺时，混凝土拌合物流动性损失过大，要保持混凝土流动性需适当增加用水量，对混凝土力学性能不利。

3.3 不同强度等级配重混凝土性能检测结果

以钢砂等体积取代天然砂，采用三萜皂苷为引气剂、淀粉为增稠剂，配制强度等级为 C25～C40 的混凝土，检测混凝土相关性能，检测结果见表 5。

试验结果表明：以钢砂等体积取代天然砂，采用三萜皂苷为引气剂、淀粉为增稠剂，可以配制不同强度等级的配重混凝土，试验配制的混凝土工作性能与力学性能良好、表观密度达到要求。

表4 增稠剂对配重混凝土性能影响检测结果

表5 强度等级 C25～C40 的混凝土性能检测结果

4 结论

（1）三萜皂苷作为引气剂，能明显改善混凝土工作性能，且气泡细小而致密、结构稳定，对混凝土力学性能的影响较小，优于十二烷基硫酸钠和市售引气剂。

（2）羧甲基纤维素、淀粉和聚丙烯酰胺作为增稠剂可以调整混凝土拌合物浆体状态，改善混凝土工作性能，但羧甲基纤维素与聚丙烯酰胺对需水量影响较大，对混凝土力学性能不利。

（3）采用钢砂等体积取代天然砂，三萜皂苷为引气剂、淀粉为增稠剂，可以配制工作性能与力学性能良好、表观密度达到要求的不同强度等级的配重混凝土。