中交三公局第三工程有限公司 湖北武汉 430034
摘要：随着超高层建筑的增多，对中低强度混凝土的泵送性能的要求也越来越高。本文研究了矿粉、粉煤灰掺量，石粉掺量，增稠剂、粘度改性剂对设计强度C30~C40混凝土的泵送性能的影响。研究结果表明：矿粉、粉煤灰在复合掺入后可显著提高混凝土拌合物的和易性。石粉掺量10~16%时，随着掺量增大，混凝土拌合物的坍落扩展度增大，和易性更好，且经时损失减小；适当使用增稠剂和粘度改性剂可显著改变混凝土拌合物的和易性。
关键词：中低强度混凝土；泵送性能；石粉；增稠剂；粘度改性剂
前言
当今全球范围内建筑高度排名前一百名的大楼中，位于中国大陆地区的有61座。随着社会经济的发展，超高层建筑正向着更高的方向迈进，比如上海中心（地上124层，总高度632 m）、武汉绿地中心（地上125层，总高度606 m）、深圳平安国际金融中心（地上120层，总高度648 m）。
随着超高层建筑的增多，对中低强度混凝土的泵送性能的要求也越来越高。中低强度混凝土指强度等级在C60以下的混凝土。在超高层建筑中，此类混凝土可用于非结构构件的浇筑，例如墙面和楼板等。与高强混凝土相比，强度较低的混凝土用水量大，胶凝材料含量少，拌合物浆体的粘度低，泵送时易发生堵管和泌水等问题[1]。本文针对设计强度C30~40的中低强度混凝土，研究其泵送性能的影响因素，以及石粉、粘度改性剂等特殊材料的影响，以期为工程施工提供帮助和建议。
1原材料与试验方法
水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，28d抗压强度为54MPa；
粉煤灰：漳州产II级F类粉煤灰，细度16.8%，需水量比98%，烧失量2.49%；
矿粉：龙海产S95级矿渣粉，比表而积435m2/kg，流动度比99%；
硅灰：比表面积约为18000m2/kg，SiO2含量92.3%；
石粉：采用福建某石材厂石板切割废石粉，以下简称石粉；
石子：采用生产提供的5~10mm和10~20mm反击破碎石；
河砂：细度模数2.7的中砂，含泥量0.9%；
减水剂：聚羧酸高效减水剂，含固量21.78%；
增稠剂X：醚类，化学型增稠。
增稠剂Y：纤维类，物理型增稠，效果好，掺量高。
黏度改性剂：BASF Rheo MATRIX型黏度改性剂。
水：自来水。
混凝土抗压强度测试按照《普通混凝土力学性能试验方法》GB/T50081-2002进行；混凝土拌合物性能测试按《普通混凝土拌合物性能试验方法》GB/T 50080-2002进行.
混凝土泵送评价指标主要有坍落扩展度、压力泌水指数。对于实际工程来说，泵送后的混凝土应保持较好的匀质性，且扩展度大、易于振捣甚至必须振捣。为了更全面的反应混凝土拌合物的工作性能，研究中引入了自密实混凝土评价指标T500来衡量混凝土流动性能。
2 矿物掺合料对泵送性能的影响
粉煤灰和矿粉是混凝土常用的两种矿物掺合料，可降低混凝土的造价，掺量在一定范围内科提升其和易性[2]。本试验采用设计强度C30~40的混凝土进行研究。其中，胶凝材料总量为380kg/m3，表观密度为2350kg/m3，水胶比为0.44，砂率为46%，基准配合比如表3-5所示，测定混凝土的拌合物性能，分析得出较优基准配合比参数。
在不同的粉煤灰与矿粉比例下，各组混凝土工作性数据如表6所示，坍落扩展度如图3-1所示。由表3-6可知，在胶凝材料总量相同条件下，随着矿物掺合料的逐渐增大，混凝土坍落度和扩展度呈增大趋势，矿物掺合料提高10%，坍落度和扩展度分别提高约10mm、25mm。由图1可知，随着矿物掺合料的增大，混凝土的坍落扩展度逐渐增大，和易性变好；但在总量升至40%时，混凝土转为泌水。因此，矿物掺合料虽然有利于混凝土流动性的提高，但是应维持在合适的掺量范围，不然会对和易性造成不利影响。
图1 各组拌合物性能
综上所述，当矿物掺合料掺量为40%，混凝土具有良好的流动性及在大流动性下的和易性，基本满足一般泵送混凝土的性能要求。因此，矿物掺合料的最佳掺量为40%。
3石粉对泵送性能的影响
据调查，福建石材资源丰富，各种用材岩类齐全，但主要是花岗石石材，品种近100个。石粉是主要的副产品，资源相当丰富，且适当的使用后，对混凝土性能的改善有显著作用，具有推广价值。
在基准配合比的基础上，设计了B1~B4四组配合比，如表3-7所示。该四组配比采用外掺石粉取代砂的方法，研究石粉对中低强度混凝土工作性能和力学性能的影响，掺量分别为10%、12%、14%、16%。
图3-2 工作性能
不同石粉掺量下，混凝土的初始和坍落扩展度如图3-2所示。由图可知，随着掺量的增大，混凝土扩展度逐渐增大。这主要是因为石粉掺量增大，提高了混凝土拌合物的总粉量，石粉大比表面积的特征改善了低胶材状况下时混凝土自由水偏多、浆体黏聚性偏低的问题，适当黏聚性的浆体能够推动石子的运动，提高混凝土扩展度[3]。
此外，对比初始性能与1h经时性能可见。未加石粉组的混凝土拌合物流动性有显著的损失，而掺入石粉后的混凝土拌合物工作性能保持良好。
4 增稠剂、粘度改性剂对泵送性能的影响
黏度是自密实混凝土性能的一项重要指标。适当黏度的浆体能够推动骨料的运动，既能提高混凝土的流动性，还能避免骨料的堆积或混凝土的泌水。增稠剂能显著提高新拌混凝土的黏度，从而改善低胶凝材料自密实的流动性[4]。目前，通过外加剂改善混凝土黏度的方法主要有两种，一种是复配增稠剂，另一种是复配BASF的黏度改性剂RheoMATRI（R）。
经过综合分析所选增稠剂X、增稠剂Y与黏度改性剂R的性能，设计了9组配方，减水剂的量（5000g）固定不变，增稠剂A的掺量为万分之2、4、6，对应的序号分别为X1、X2、X3；增稠剂B的掺量分别为万分之10、14、18，对应的序号分别为Y1、Y2、Y3；黏度改性剂R的掺量为百分之5、10、15，对应的序号分别为R1，R2，R3，选择B2组配合比，试验结果如表中所示。
图3 加入增稠剂、粘度改性剂后混凝土拌合物性能
由图3可知，不同增稠剂与黏度改性剂比例下，混凝土的扩展度值不同。随着掺量的增大所呈现的规律也不尽相同。当掺增稠剂A时，随着掺量的增加，混凝土的扩展度逐渐减小，这是因为醚类增稠剂通过疏水主链与周围水分子氢键缔合，提高了混凝土的流体体积，减少了颗粒自由活动的空间，虽然浆体黏度得到了提高，但是流动性会有所降低；当掺增稠剂B时，随着掺量的增加，混凝土的扩展度逐渐增大，这是因为纤维类增稠剂通过提高总比表面积，增强对混凝土自由水的吸附，从而提高混凝土的黏度。这是一个物理过程，对水泥自身的影响较小，因此可以增大混凝土的流动性。当掺黏度改性剂R时，随着掺量的增加，混凝土的扩展度先增大后减小，这主要是因为黏度改性剂R与外加剂两者对混凝土的作用是一个相互抵消的过程，外加剂可以提高减水率，而黏度改性剂R可以降低减水率，因此当黏度改性剂R提高至一定掺量时，反而不利用混凝土的流动性，因此应控制黏度改性剂R的掺量在10%以下。
5 结论
（1）矿粉、粉煤灰复合掺入后可显著提高混凝土拌合物的和易性，但掺量过高时易产生泌水、石子堆积等现象。
（2）使用石粉外掺取代砂后，随着石粉掺量的增加，混凝土拌合物的坍落扩展度增大，和易性更好，且经时损失减小。
（3）使用适当的增稠剂和粘度改性剂可显著改变混凝土拌合物的和易性，其掺量应根据拌合物的具体性质进行调整。
参考文献
[1]吴中伟，陶有生. 综合评述 中国水泥与混凝土工业的现状与问题[J]. 硅酸盐学报，1999，27（6）.
[2]杜婷，郭太平，林怀立，等. 混凝土材料的研究现状和发展应用[J]. 混凝土，2006，5：7-9.
[3]新拌混凝土的结构和流变特征[M]. 中国建筑工业出版社，黄大能等 编译，1983）
[4]增粘剂对高流动砂浆性能影响的试研究[J]. 陈春珍，张金喜，金珊珊，陈炜林，李建军.??新型建筑材料. 2010（05）
论文作者:胡项禹
论文发表刊物: 《建筑学研究前沿》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/26
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