外加剂掺量对C50 粉煤灰混凝土轴心抗压及抗折强度影响试验研究

孙 猛 孔维兴 胡佐君 姜长领

1中铁七局集团郑州工程公司（450001） 2 郑州大学水利科学与工程学院（450001）3 中国建筑第三工程局第一建设工程有限责任公司（430040） 4 驻马店市公路工程开发有限（463000）

0 引言

外加剂目前已经是配制水泥砂浆和混凝土的重要的辅助材料和必不可缺的组分，是在混凝土中加入的少量的无机或有机化合物，以提高或改善混凝土的某些性能。不同种类的混凝土外加剂在混凝土中起着不同的作用， 可以对混凝土的流变速度、凝结时间、硬化速度等进行控制，改善混凝土的部分性能，使混凝土易于施工，并节省经济成本。一般按实际工程需要使用对应的外加剂加入混凝土中，但是外加剂的添加量需要进行严格控制，掺量太少达不到工程实际要求的效果，掺量太大则会使混凝土强度降低、质量变差，甚至拌和状态出现问题、无法成型。 应该按照产品说明书中的掺量，并进行必要的试配试验，确定外加剂的具体掺量。 目前应用于高性能混凝土中的外加剂多为高效复合外加剂，以此改善混凝土的综合性能，使高性能混凝土真正成为高强、耐久、绿色、经济的新型材料[1-2]。

外加剂的种类繁多，其性能也不尽相同。 工程中常用的外加剂有减水剂、引气剂、早强剂、速凝剂、缓凝剂、阻锈剂、防水剂等。 其中减水剂大多为减水效能高的聚羧酸高性能减水剂，其是由第一代的木质素磺酸盐逐渐演变为第二代的缩聚型聚合物高效减水剂（萘系和三聚氰胺系），最终发展出的第三代混凝土减水剂[3-4]。 根据外加剂掺入时的状态，掺入时间可分为先掺法、溶液同掺法、滞水法和后掺法。先掺法是将固态粉末状的外加剂与水泥在加水搅拌前混合加入[5]。 林雅莲[6]、陈萍[7]等研究发现，在混凝土中加入高效减水剂和粉煤灰，拌和质量得到较大提升，混凝土的强度也得到较大的改善，7 d 的立方体抗压强度达到了设计预期要求的105%，28 d 的立方体抗压强度达到了设计预期要求的136%。 钟含[8]等人研究发现，掺加矿物掺合料及高性能减水剂后，混凝土拌合物的和易性得到改善，总体性能良好；高性能减水剂的种类和掺量对自密实混凝土的和易性有明显影响；矿物掺合料的种类和掺量对混凝土密实度的影响要大于水胶比；粉煤灰与矿粉相比，前者更有利于混凝土密实度的改善。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥选用河南省驻马店市豫龙同力水泥有限公司生产的P·O 52.5 级水泥；粉煤灰选用河南省平顶山市生产的Ⅱ级粉煤灰；细骨料选用正阳县淮河产的细度模数为2.3~3.0 的天然河砂；粗骨料为粒径4.75~19 mm 连续级配的碎石；拌合及养护用水为饮用水；减水剂选用新乡市洁神建材科技有限公司生产的JS-Y01 聚羧酸高性能减水剂，具体成分见表1。

表1 外加剂成分表

1.2 混凝土配合比

本次试验配合比参照《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55—2011 设计，由于新规范《粉煤灰混凝土应用技术规范》 GB/T 50146—2014 中已不再采用基准混凝土配合比的设计思想，取缔了超量取代法的设计方法，所以文章增设了等量取代法的对照组。

表2 C50 粉煤灰混凝土配合比

1.3 试验方法

混凝土轴心抗压强度测试试验每组3 个试件，尺寸为150 mm×150 mm×300 mm；混凝土抗折强度测试试验每组3 个试件，尺寸为150 mm×150 mm×550 mm。轴心抗压强度测试试件和抗折强度测试试件在标准养护28 d 后，根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081—2002 进行各项性能测试。

2 试验结果与分析

不同外加剂掺量粉煤灰C50 混凝土28 d 轴心抗压强度及抗折强度试验结果见表3。

2.1 不同外加剂粉煤灰C50 混凝土轴心抗压强度

不同外加剂粉煤灰C50 混凝土轴心抗压强度如图1 所示。

图1 28 d 轴心抗压强度

如图1 所示，F=10%、W=0.9%试验组28 d 轴心抗压强度较差，比基准混凝土略有下降，分析混凝土制作过程发现，该组混凝土在拌制过程中出现了泌水及离析现象， 甚至在制作混凝土试件的过程中，有的试件成型后表面出现干缩裂缝，导致其轴心抗压强度降低。 总体来说，相同外加剂、掺量相同的情况下，粉煤灰掺量在15%和20%的28 d 强度发展更好，且外加剂掺量在0.7%～0.5%更合适。

2.2 不同外加剂粉煤灰C50 混凝土轴心抗压强度和抗折强度试验结果分析

图2 28 d 抗折强度

从图2 可以明显看出，相比于基准混凝土组，同一外加剂掺量下， 掺粉煤灰各组的28 d 抗折强度均有一定程度下降，“粉煤灰取代率10%、外加剂掺量0.9%”与“粉煤灰取代率15%、外加剂掺量0.9%”两组配合比方案，其抗折强度降低过多，不符合要求；在外加剂掺量为0.9%的情况下，取代率为10%的试验组的抗折强度下降最大，约为41.7%。 究其原因，对于W=0.9%的各组，其强度较低是由于外加剂会影响拌合物的状态，甚至导致混凝土的力学性能下降，对抗折强度的影响较抗压强度更为显著。在粉煤灰替代率为10%时，外加剂掺量为0.7%时混凝土抗折强度相对较高； 在粉煤灰替代率为15%时，外加剂掺量为0.6%时混凝土抗折强度基本接近基准混凝土抗折强度，取得较理想的抗折强度。 对比不同粉煤灰替代率， 外加剂最佳掺量基本稳定在0.7%～0.5%之间。但毫无疑问，每个试验组的抗折强度基本都达到了立方体抗压强度的1/10，能够满足要求。

表3 28 d 龄期不同外加剂掺量粉煤灰C50 混凝土轴心抗压强度及抗折强度试验结果

3 结论

1）针对粉煤灰C50 混凝土，外加剂掺量过大会影响混凝土拌和物的状态，过小则起不到应有的效用，因此，高强粉煤灰混凝土的制作要充分考虑外加剂的掺量，混凝土使用前要通过试验方法确定合适的外加剂掺量，进而保证粉煤灰混凝土的工作性和力学性能。

2）文章各组配合比试验结果基本都能满足使用要求，经综合比选，考虑实际施工和易性和经济效益，选择“粉煤灰取代率15%、外加剂掺量0.6%”作为最终的配合比方案。