一种新型改性剂在混凝土中的应用研究

摘要:本文介绍了一种新型粉类改性剂在混凝土中应用的试验研究情况，探讨了该种改性剂的应用前景。

关键词:改性剂、混凝土、试验研究

Abstract: this paper introduces a new type of flour modifier in the experimental study of concrete in application, discusses the modifier application prospect.

Keywords: modification agent, concrete, the experimental research

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

1 前言

在混凝土中掺入改性剂，通过化学反应激发矿粉、粉煤灰的活性，促进共同参与早期水化进程，这样才能充分利用粉煤灰活性为骨料及滚珠效应和矿粉填充颗粒之间的缝隙，改善胶凝材料的级配、减少用水量，且二次水化产物填充混凝土内部空隙，改善混凝土的内部结构组成，使混凝土更加密实，从而提高混凝土的强度和耐久性。

2 原材料

2.1水泥的性能

采用山东水泥厂生产的东岳牌普通硅酸盐水泥（P.O 42.5），该水泥质量稳定，强度高与外加剂适应性好，各项性能见下表:

2.2粉煤灰的物理指标

采用肥城石横电厂Ⅱ级粉煤灰，主要物理性能见下表:

2.3矿粉的性能

采用济钢鲁新建材有限公司生产的S95级矿粉，其性能见下表:

2.4天然砂、人工砂的性能

采用山东省泰安的天然河砂和自产石灰石破碎风选机制砂按各50%对掺搭配使用其主要性能，人工砂石粉含量7.5%，各项性能见下表：

2.5碎石的性能

采用济南石灰石破碎5-25mm碎石，其性能见下表：

2.6外加剂

采用山东华迪建筑科技有限公司生产的脂肪族泵送剂，其性能见下表：

2.7改性剂

采用一种新型改性剂SF-1，其掺量为0.2%。

3 试验及结果分析

3.1混凝土的配合比设计和确定

3.1.1混凝土配合比设计主要依据《普通混凝土配比设计规程》JGJ55，《混凝土泵送施工技术规程》TGT/T10，《粉煤灰混凝土应用技术规范》GB1596，《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046等标准。

3.1.2在配合比设计时考虑到人工砂颗粒级配差、细度模数偏大、表面粗糙、棱角多对配制低标号混凝土工作性、可泵性极为不利，故采用与天然河砂按各50%比例混合使用。

3.1.3配合比设计强度等级为民用建筑最常用的C30、C35、C40，其容重分别为2400kg/m3、2410kg/m3、2420kg/m3，并采用矿渣微粉和粉煤灰分别取代胶凝材料，以我们的材料长时间的试验和应用来看，矿粉和粉煤灰按1:1的比例取代胶凝材料混凝土的强度最高，掺入改性剂后分别调整粉煤灰和矿粉的取代比例，改性剂掺量按厂家推荐掺量0.2%，并分别做不掺加改性剂、0.17%和0.23%掺量的对比试验，掺入改性剂后由于胶凝材料总量降低，为保持良好的和易性，对比试验的砂率比基准试验提高1%，C30、C35、C40泵送剂掺量分别为2.5%、2.6%、2.7%。基准配比采用生产中最常用的配比。

3.2试验结果分析与作用机理

3.2.1和易性分析：3个标号的混凝土在降低20kg胶凝材料的同时，提高1%砂率来弥补砂浆的体积其和易性基本与基准配合比相同，同时也进一步验证了陈建奎教授提出的混凝土配合比设计全计算法理论。仅降低胶凝材料而不掺加改性剂，其和易性和坍落度基本无法满足施工现场的工作性。混凝土是由各组成材料经一定比例配合加水搅拌后，克服物料之间内部摩擦阻力，产生物态变形的性能即混凝土的流动性。利用坍落度来表示流动性大小。在大幅度提高粉煤灰掺入量的状态下，使用改性剂后，呈现出很强的激发作用，粒径小分散度大，玻璃晶体表面易于溶解呈液化状态，表面度降低，摩擦系数减小，各种物料分散的过程中，能够克服颗粒之间的阻力，依靠自身的重力和外部的作用力具备了一定的流动性，并能抑制坍落度的损失。因此使用改性剂的混凝土保持了良好的流动性，可塑性。

3.2.2强度和耐久性分析：通过不同标号掺加改性剂与基准试验数据相比较，使用改性剂的混凝土均可大幅度降低水泥用量、同时适当提高粉煤灰和矿粉的掺加比例而不降低强度。试验数据还表明使用改性剂后粉煤灰占掺合料的比例高的试验后期强度均超过矿粉比例高的试验，说明改性剂对粉煤灰的激发作用要好于对矿粉的激发作用，同时粉煤灰的价格较低，其成本降低是很可观的。粉煤灰和矿粉是混凝土理想的填充材料，从物理状态角度粒径小，呈球形，流动性好，加入改性剂后增加活性效应和微机料效应。大量掺入粉煤灰和矿粉后，产生二次水化的作用，改善了混凝土毛细孔的结构，大大减少了连通孔，这就使混凝土的致密性提高。根据混凝土的强度理论，混凝土的密实度越高其内部的微观毛细孔越短越细，其直观体现就是混凝土抗压强度和耐久性的增强。粉煤灰的化学成分主要是SiO2，含量一般在35-55%，其次是Al2O3为15―40%，形体占60%以上的玻璃晶体，结构致密呈球形颗粒，比表面积较小，具有一定的化学潜能。在加入改性剂的活性激发下，玻璃晶体中的SiO2和Al2O3溶解为适应加速水泥水化的各种化合物，不断地深层次与水泥中的Ca(oH)2发生反应，形成C―S―H分子晶体核。分子晶体核的多少决定了水泥胶凝材料的强度，大幅度增加粉煤灰的掺入量，分子晶核含量会大大增加，强度值也会增加。

3.2.3改性剂的用量分析：试验数据表明改性剂有一个最佳掺量，改性剂掺量不够其强度及和易性的改善均不明显，超过最佳掺量后虽然对和易性改善较明显，但是对强度的增长不明显。改性剂的最佳掺量就是其性价比最高的掺量。

4 结论

4.1掺加SF-1改性剂可以降低水泥用量的同时，提高胶凝材料中掺合料比例而保持强度和基本不变，其经济效益明显，以C30为例每方可节约成本3-5元。

4.2SF-1改性剂的掺量也有一个最佳掺量，使用最佳掺量时，混凝土的强度和和易性较好，其性价比最高。

4.3SF-1改性剂对粉煤灰的激发作用强于对矿粉的激发作用，使用改性剂后可提高掺合料的同时提高粉煤灰占掺合料的比例，进一步降低成本。

参考文献

（1）吴中伟，绿色高性能混凝土--混凝土发展的方向。混凝土与水泥制品.

（2）陈建奎，混凝土外加剂原理与应用.

（3）刘爱新，粉煤灰及其在混凝土中的应用.

（4）《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》 GB/T18046―2008

（5）《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011

（6）《粉煤灰混凝土应用技术规范》GB1596―2005

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。