安山岩骨料混凝土及外加剂应用研究

潘金敢，黄 雷，王子龙，柏立果

(1.南京中联混凝土有限公司，江苏 南京 211100；2.科之杰新材料集团浙江有限公司，浙江 嘉兴 314100)

0 前 言

近年来，随着建筑业的飞速发展，安山岩作为骨料越来越广泛地应用于混凝土生产中[1-3]。在沥青混凝土中，由于安山岩表面多孔粗糙且基底粘结力强，对沥青稳定碎石体积影响性能的影响较小，有利于提高沥青混凝土的低温抗水损害性能[4]。安山岩作为骨料在水泥混凝土生产和应用[5]已成为了部分预拌混凝土企业面临的技术研究课题，与常用石灰石骨料相比，安山岩骨料具有高吸水率和压碎值离散性大的特点[6-8]，所配制的混凝土对减水剂技术要求更高，才能保证所配制混凝土的工作性良好，抗压强度满足设计要求，生产过程质量稳定可控。针对安山岩骨料的特点，采用新型的刚性端基抗吸附型外加剂配制高吸水率骨料混凝土，可以有效改善混凝土的拌和性能和力学性能，满足施工要求。为解决提高普通减水剂的掺量满足不了正常生产需求的问题，和满足降低混凝土生产成本的要求，开发研究安山岩专用外加剂显得尤为重要。

1 试验材料与方法

1.1 试验原材料

试验原材料：异戊烯基聚氧乙烯醚单体(TPEG)，来自辽宁奥克化学股份有限公司；丙烯酸(AA)，来自卫星石化；丙烯酸聚醚磷酸酯、还原剂，来自浙江科之杰新材料浙江有限公司；过氧化氢(27%)，来自苏州市岚昱化工有限公司；巯基丙酸，来自上海鲁瑞精细化工有限公司；水：去离子水。

水泥：南京中联水泥有限公司生产的P·O 42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰；矿粉：S95矿粉；砂子：混合砂，综合细度模数为2.6。

碎石：瓜子片(G1)：5～10 mm；小碎(G2)为安徽马鞍山地区安山岩骨料：5～31.5 mm，其骨料物理技术指标如表1所示，所检有机物、硫化物及硫酸盐、坚固性、压碎指标和吸水率检测结果符合Ⅱ、Ⅲ类碎石的技术要求，碱骨料反应(快速碱-硅酸反应)检测结果无潜在碱-硅酸反应危害，放射性检测结果符合建筑主体材料的技术要求；所检项目中吸水率检测结果不符合Ⅰ类碎石的技术要求。吸水率1.8%为Ⅱ类骨料。小碎(G3)为安徽长久石灰石骨料：5～31.5 mm。

表1 安山岩骨料的技术指标

1.2 混凝土配合比

本试验采用的C35与C50混凝土配合比如表2所示。

表2 C35和C50混凝土配合比 kg·m-3

1.3 试验方法

Point-400S聚羧酸外加剂合成：四口烧瓶中加入一定量的TPEG溶液和水，搅拌并升温至50℃，加入一定量的过氧化氢，缓慢滴加还原剂、巯基丙酸、AA，反应2～4 h，加液碱中和，得到含量为40%的抗安山岩吸附的专用聚羧酸外加剂Point-400S。

骨料的岩相分析：按照欧洲标准《天然石材试验方法—岩相分析》(EN12407：2000)确定；混凝土的工作性和力学性能按照现行国家标准《普通混凝土拌合物性能测试方法》(GB/T 50080—2011)和《普通混凝土力学性能测试方法》(GB/T 50081—2011)规定的试验方法。

2 试验结果与讨论

2.1 高吸水率安山岩骨料岩相与XRD分析

采用岩相分析法，研究高吸水率的安山岩骨料的矿物组成和微观结构，其分析结果如图1所示。从图1可以看出，安山岩主要的物相有长石、微晶长石、透闪石、绿泥石、磁铁矿和方解石。图2为安山岩XRD的分析图，从图2可以看出，安山岩物组类型及比例分别为：长石晶体52%、微晶长石29%、绿泥石7%、磁铁矿4%、方解石4%、透闪石3%和分散分布的微晶石英约1%。长石晶体呈镶嵌构造或分散分布，微晶长石、绿泥石、方解石、透闪石和磁铁矿呈团斑状或分散分布在长石晶体之间，少量磁铁矿被包裹在长石晶体内部，少量长石晶体发生了蚀变。针对微晶石英，采用碱骨料反应快速测试方法结果表明无潜在碱活性风险。

图2 安山岩骨料的XRD图

2.2 混凝土拌合物性能

采用Point-400H(常规)外加剂，对比安山岩骨料和石灰石骨料配制C35和C50混凝土拌合物性能，测试了混凝土含气量、坍落度、初始坍落扩展度、1 h、2 h和3 h的扩展度经时损失(用T1、T2和T3表示)、T500时间等技术指标，结果如表1所示。结果表明，常规外加剂掺量为2.0%～2.2%时，C35和C50混凝土含气量基本一致，约1.3%，混凝土强度等级由C35提高到C50时，混凝土的T500时间增加1 s。在初始坍落度及扩展度相近时，与石灰石骨料相比，采用安山岩骨料混凝土的扩展度的经时损失较大，C30和C50混凝土无坍落扩展度的时间分别为3 h和2 h。说明随混凝土中胶凝材料的提高，常规外加剂通过提高掺量已无法满足施工要求。

通过配方优化与调整，根据安山岩吸附的特点，配置抗泥型外加剂Point-400V，混凝土的拌合性能如表3所示。与石灰石骨料相比，掺安山岩骨料混凝土的含气量基本一致，约1.3%，C35混凝土初始流速降低，T500时间增加1 s，C50混凝土初始流速相近。掺Point-400V抗泥型外加剂可减少2 h混凝土扩展度经时损失，但是仍无法满足3 h的工作性能要求。

为了解决3 h混凝土扩展度经时损失问题，通过研究开发及工艺优化，采用刚性端基定制化开发了一款抗安山岩吸附的专用聚羧酸外加剂Point-400S。采用该类聚羧酸外加剂配制高吸水率骨料混凝土，其C35和C50混凝土拌合物性能如表4所示。从表4中可以看出，采用Point-400S刚性端基抗吸附型外加剂能使混凝土保持3 h较好的坍落扩展度，并且混凝土T500时间在2.9～3.5 s，满足夏季高温施工的要求。

表2 掺Point-400H(常规)外加剂混凝土的拌合性能

表4 掺Point-400V抗安山岩吸附的专用聚羧酸外加剂混凝土的拌合性能

2.3 力学性能

本文研究了3种外加剂类型对安山岩骨料和石灰石骨料混凝土的力学性能的影响，测试C35和C50混凝土7 d和28 d抗压强度如表5～6所示。从表5～6中可以看出，与石灰石骨料相比，由于安山岩骨料的矿物组成及微观特性，配制混凝土的抗压强度略低，C35混凝土的7 d和28 d抗压强度降幅分别约4.3%和1.1%。C50混凝土的7 d和28 d抗压强度下降幅度较大，分别为6.8%和7.4%，说明大吸水率骨料更适合配制中低强度等级的混凝土。从外加剂类型上看，3种外加剂类型对C35和C50混凝土不同龄期抗压强度的影响差异不大，抗安山岩吸附的专用聚羧酸外加剂Point-400S略高。

表5 C35混凝土抗压强度

表6 C50混凝土抗压强度

3 结 论

本文研究了3种外加剂对吸水率骨料配制混凝土的工作性能和力学性能的影响，通过岩相形貌和矿物组成分析，研究安山岩骨料的微观结构，主要结论如下。

1)高吸水率安山岩骨料的矿物组成为长石晶体52%、微晶长石29%、绿泥石7%、磁铁矿4%、方解石4%、透闪石3%和分散分布的微晶石英1%，未见白云石。

2)安山岩骨料碎石吸水率约1.8%，常规普通减水剂无法通过提高掺量满足施工要求。

3)针对高吸水率骨料配制的混凝土，在水胶比和用水量不变的条件下，通过研究开发的抗安山岩吸附的专用聚羧酸外加剂Point-400S满足3 h坍落扩展度无损失的施工要求，并且满足混凝土设计强度。

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