技术交流:增效剂混凝土配合比优化及应用

增效剂混凝土配合比优化及应用 

陈景，刘永道，黄海珂

（中建商品混凝土成都有限公司，四川  成都 610052）

［摘   要］本文研究了增效剂对不同种类水泥及粉煤灰掺合料的混凝土工作性能和抗压强度的影响，优化出了增效剂混凝土的生产配合比并进行中试生产应用。结果表明：增效剂对不同种类水泥、粉煤灰等混凝土原材料的适应性差异较大，选择合适的胶凝材料体系和增效剂，在保证混凝土工作性能和抗压强度前提下，可降低水泥用量30kg/m3 以上；采用增效剂进行混凝土生产时，混凝土性能均满足生产和施工要求，但其对生产质量控制要求较高，必须严格控制用水量，保证原材料的质量稳定性。

［关键词］混凝土增效剂；工作性能；抗压强度；中试应用

Study on optimization of concrete mix proportion with synergist andapplication 

Chen Jing, Liu Yongdao, Huang Haike

(China Construction Ready Mixed Concrete ChengduCo., Ltd., Chengdu  610052)

Abstract: In order to use the concrete synergist inscientific and reasonable relatively, effect of concrete synergist on theworkability and compressive strength of concrete with different cement type andfly ash admixture system were studied. Results shown that the adaptability ofsynergist to the different cement type and fly ash admixture system make agreat difference. It could be reduce more than 30kg/m3 cement whenchoosing suitable cemetitious materials and synergist. When using synergist forconcrete produce, the performance of all the synergist concrete can meet theproduction and construction requirements. However, it need higher demand onproduction quality control for synergist concretes. It must strictly controlthe amount of water and ensure the quality and stability of concrete materials.

Key words: concrete synergist; workability; compressive strength; pilot application

0  前言

混凝土是目前使用量最为广泛的建筑材料，在建设资源节约型、环境友好型社会背景下，其正向低碳、绿色化发展。若采用更加合理的胶凝材料体系，适当减少单方混凝土水泥用量，降低混凝土生产成本，对商品混凝土企业具有技术和经济上非常现实的意义。

增效剂是近几年在建筑市场上推广使用的一种新型混凝土外加剂。研究认为将增效剂与矿物掺合料或减水剂一起掺入到水泥基材料中，在保持甚至提高水泥基材料各项性能的基础上可减少水泥的用量，具有显著节能增效的作用[1-4]。然而，增效剂的推广应用过程中存在一些问题，有的使用增效剂后混凝土性能变差、强度降低，有的胶凝材料用量降幅不明显等。因此，针对增效剂使用过程中的存在的问题，进一步合理科学的使用增效剂，本文研究了增效剂对混凝土胶凝材料的适应性，以优化出增效剂混凝土生产配合比，并进行中试生产应用，考察增效剂混凝土的质量控制方法，指导搅拌站进行增效剂混凝土生产。

1  原材料及试验

1.1  主要原材料

P·O42.5R 水泥，基本性能见表 1；I 级粉煤灰，密度 2.49g/cm3，细度6.1%，烧失量 2.1%，需水量比 92%；II 级粉煤灰，细度 13.9%，烧失量 4.6%，需水量比 98%；青砂，细度模数 1.7，MB 值 1.0，筛余6.7%；机制砂，细度模数 2.7，MB 值 1.2，筛余 9.8%；成都当地产卵碎石，连续级配，最大粒径 31.5mm，压碎值 8.0%；公司自产聚羧酸高性能减水剂，固含量10.5%，减水率 25%；增效剂 I，半透明液体，比重 1.05g/m3，掺量为胶凝材料质量的 0.8%～1.2%；增效剂 II，半透明液体，比重1.03g/m3，掺量为胶凝材料质量的  0.6%～1.0%。 

1.2  试验方法

不同强度等级的混凝土基准生产配合比如表 2 所示。测试混凝土的工作性能和 1.5h 工作性能及各龄期（7d、28d、56d）抗压强度。混凝土工作性能具体测试方法按照GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》执行；抗压强度试件尺寸为边长 100mm 的立方体试块，具体测试方法按照 GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法》 执行。

2  试验结果分析与讨论

2.1  增效剂对不同种类水泥的混凝土性能的影响

增效剂种类繁多，产品质量参差不齐，与其它混凝土外加剂一样，可能与水泥等混凝土原材料存在相容性问题。因此，以C30 混凝土为基准，研究了增效剂对不同种类水泥的混凝土性能的影响。配合比中保证混凝土容重不变，掺增效剂的混凝土中水泥和粉煤灰分别降低 20kg/m3和 10kg/m3，而分别提高碎石和机制砂的用量，增效剂掺量为胶材总量的0.8%。

从表 3 可以看出，与基准混凝土相比，采用增效剂的混凝土其减水剂掺量均高于基准混凝土，用水量普遍降低10kg/m3，可能会提高生产质量控制难度。从混凝土拌合物工作性来看（表 3），与增效剂 I 相比，增效剂 II 与采用拉法基水泥的混凝土适应性良好，其减水剂掺量略低，混凝土拌合物初始坍落度和扩展度与基准混凝土相当，包裹性较好，并无离析泌水现象，1.5h坍落度和扩展度损失也与基准混凝土相当，甚至略好于基准混凝土。与上述现象相反的是，在采用亚东水泥的混凝土中，增效剂I的适应性优于其它增效剂，其混凝土拌合物和易性较好。采用兰丰水泥的混凝土中，不论采用增效剂I 还是增效剂 II，均表现出不适应性，与基准混凝土相比，外加剂掺量较高，且混凝土拌合物的粘度大，包裹性差。

从混凝土硬化强度来看（图 1），虽然掺与不掺增效剂的混凝土各龄期抗压强度均能满足设计强度等级要求，但增效剂在不同水泥的混凝土中的增效效果存在明显差异。采用拉法基水泥配制混凝土时，增效剂混凝土早期强度（7d）均与基准混凝土相当，但后期抗压强度差异明显，采用增效剂II的混凝土后期强度明显高于其他混凝土抗压强度。与之不同的是，采用亚东水泥配制混凝土时，增效剂混凝土3d 抗压强度与基准相当，养护 7d 后，增效剂 I 的混凝土抗压强度略高于基准混凝土，显著高于增效剂II的混凝土各龄期抗压强度。

综合表 3 和图 1 的试验结果说明，不同种类增效剂对混凝土原材料的适应性差异较大，在进行增效剂混凝土生产或者原材料发生变动时需进行试配确定增效剂种类和增效效果。

2.2  增效剂对不同水泥用量的混凝土性能的影响

以 C30、C50 混凝土为基准，研究减少水泥用量20kg/m3、30kg/m3、40kg/m3 的条件下，不同强度等级增效剂混凝土的工作性能及抗压强度，增效剂掺量为胶材总量的0.8%，基本工作性能如表4 所示。

从表 4 中可知，C30 低强度等级的混凝土中，当水泥用量降幅在 30kg/m3 以内时，增效剂混凝土的和易性与基准混凝土相当，其坍落度和扩展度并无明显差异，工作性能良好。随着水泥用量的进一步降低，当水泥用量降低40kg/m3 时，掺增效剂的混凝土初始工作性能变差，粘聚性和保水性较差，泌水严重。与低强度等级混凝土不同的是，C50 高强度等级的混凝土中，随着水泥用量降低，增效剂混凝土和易性良好，其坍落度和扩展度与基准混凝土相当，即使是水泥用量降低至40kg/m3，混凝土仍具有较好的工作性，但粘度略大，流速相对略慢。说明，在低强度等级的混凝土中，掺入增效剂并不能无限降低水泥用量，在降低水泥用量的同时需满足胶凝材料用量不低于完全包裹集料的最低胶凝材料用量，否则混凝土和易性变差，粘度较高，易泌水。

图 2 为不同水泥降幅的 C30 和 C50 增效剂混凝土抗压强度曲线。从图中明显可知，采用增效剂的C30 混凝土，随着水泥用量的降低，其抗压强度下降，但水泥用量降低范围在 30kg/m3 以内时，各龄期混凝土抗压强度与基准相当，甚至略高于基准的抗压强度；进一步降低水泥用量，增效剂混凝土抗压强度降低，特别是后期强度降低更加显著。与C30 增效剂混凝土抗压强度发展类似，在 C50 增效剂混凝土中，随着水泥用量的降低，混凝土各龄期抗压强度呈下降趋势。但水泥用量降幅在 30kg/m3以内时，增效剂混凝土抗压强度均高于基准混凝土，当水泥用量降低至 40kg/m3 时，其各龄期抗压强度与基准相当。综合表 4 和图2 的试验结果，在不影响混凝土和易性和施工性能及抗压强度情况下，并考虑综合成本，掺入增效剂的低强度混凝土中的水泥降幅宜为 30kg/m3；C50以上高强度等级的混凝土中可略微增加水泥的降低幅度，其水泥降幅可为 40kg/m3。

2.3  增效剂对粉煤灰掺合料混凝土性能的影响

在混凝土生产过程中，粉煤灰是使用量最为广泛的混凝土掺合料，特别是在低强度等级的混凝土中，大多采用 I级粉煤灰或者 II 级粉煤灰作为混凝土掺合料使用。因此，以 C40 混凝土为基准配合比，研究了增效剂对不同粉煤灰掺合料体系的混凝土性能的影响，具体配合比及基本性能见表5。

从表 5 中可知，采用 I 级粉煤灰和 I 级粉煤灰与 II 级粉煤灰复掺体系的增效剂混凝土和易性良好，其初始坍落度、扩展度与基准混凝土相当，1.5h坍落度与扩展度损失略小于基准混凝土。特别是在 I 级粉煤灰与 II 级粉煤灰复合体系的混凝土中，掺增效剂的混凝土包裹性优于基准混凝土，无需掺入青砂即能保证混凝土的工作性能。与纯I 级粉煤灰体系和 I  级粉煤灰与 II 级粉煤灰复掺体系相比，在纯 II 级粉煤灰体系中，掺入增效剂的混凝土虽然初始扩展度大于基准混凝土，但其拌合物包裹性较差，泌水严重。说明，增效剂对粉煤灰掺合料也存在适应性，对II 级粉煤灰的适应性较差，在制备增效剂混凝土时，增效剂不宜用于 II 级粉煤灰的混凝土体系。

从抗压强度来看（图 3）， I 级粉煤灰掺合料体系与 II 级粉煤灰掺合料体系的混凝土抗压强度发展趋势略有差异，I级粉煤灰体系的混凝土 7d 抗压强度略低，后期 56d 抗压强度高于 II 级粉煤灰体系的混凝土抗压强度。但从增效剂混凝土抗压强度发展来看，不同粉煤灰掺合料体系中的增效剂混凝土各龄期抗压强度均与基准相当。虽然在不同粉煤灰掺合料的混凝土体系中，增效剂混凝土的抗压强度发展趋势与基准混凝土无明显差异，甚至28d 抗压强度还略高于基准混凝土，然而综合考虑 II 级粉煤灰混凝土的工作性能，若生产控制水平不高，在 II 级粉煤灰掺合料体系，谨慎采用增效剂配制混凝土。

3  试验应用

3.1  增效剂混凝土生产配合比确定

通过上述增效剂对不同水泥和粉煤灰掺合料体系的混凝土工作性和抗压强度的影响研究可知，针对原材料来选择合适的增效剂可进一步优化配合比：C30以上可降低水泥用量 30kg/m3；采用 I 级粉煤灰体系或者 I 级粉煤灰与 II 级粉煤灰复掺体系，在用水量降低 10～15kg/m3下均可获得综合性能良好的增效剂混凝土。因此，根据上述试验结果，选择 3 个站点进行增效剂混凝土中试应用。综合各站原材料情况，通过大量试配，最终确定了各站点的增效剂混凝土配合比，1#站点不同强度等级的增效剂混凝土配合比中已降低 30kg/m3 水泥，2# 和 3# 站点已降低 20kg/m3 水泥和10kg/m3 粉煤灰，具体配合比见表 6。

3.2  增效剂混凝土工作性能对比分析

从表 7 中三个站点取样混凝土的初始坍落度和扩展度及工作性损失来看，与前期试验结果存在显著不同，各站点生产的增效剂混凝土工作性差异较为明显。1#站点各强度等级增效剂混凝土工作性良好；2# 站点低强度等级的增效剂混凝土和易性略差，略微泌水，高强度等级的混凝土粘度较大；3# 站点各强度等级的增效剂混凝土粘度略高。

但从现场施工性能来看，虽然各个站点生产的增效剂混凝土初始工作性能存在一定的差异，但 1.5h 工作性损失均不大，混凝土到达现场后均能满足泵送施工要求。值得注意的是，对于粘度较大的增效剂混凝土，为保证其泵送施工质量，降低堵管风险，宜用于低层施工。

3.3  各强度等级增效剂混凝土抗压强度对比分析

从取样强度来看，各站点不同强度等级的增效剂混凝土，各龄期抗压强度均满足设计要求，但与同期普通混凝土抗压强度差异明显。三个站点的C40 及以下强度等级的增效剂混凝土各龄期抗压强度均低于普通混凝土的抗压强度；C40 以上增效剂混凝土各龄期的抗压强度与普通混凝土的抗压强度相当，甚至高于普通混凝土的抗压强度。从7～28d 抗压强度发展来看，除 C50 增效剂混凝土的强度发展值高于普通混凝土外，其余强度等级的增效剂混凝土的 7～28d 抗压强度增长值普遍低于普通混凝土的强度增长值。然而，对比增效剂混凝土试配强度与取样强度发现，增效剂混凝土的各龄期试配强度显著高于取样强度。

分析增效剂混凝土强度下降的原因，可能与生产过程中用水量无法准确控制有关。一般认为普通混凝土的强度受控于水灰比，用水量增加会导致混凝土强度下降[5]。因此，为检定增效剂混凝土强度变化因素，对增效剂混凝土生产过程中的用水量进行了监控。

表 9 为增效剂混凝土用水量监测数据。从表中可以看出不同强度等级的增效剂混凝土单方用水量最低值为144kg，与生产配合比上设计用水量相当，但其用水量平均值均在 150kg 以上，最高值甚至高达 162.1kg，单方用水量超出设计值 5～17.1kg 不等。分析其用水量增加原因可能包括两个方面：一方面，生产过程中砂石的含水率波动较大，无法准确测定砂石的含水率，从而增大混凝土的实际用水量；另一方面，增效剂混凝土的粘度高于普通混凝土，一般为降低混凝土的粘度会增大混凝土的用水量。再加上在较低用水量下增效剂混凝土的粘度增加，到施工现场施工时工人为加快施工进度，一般会私自加水。也就是说为保证混凝土的和易性和施工性能，增效剂混凝土的实际用水量普遍高于设计用水量，进而导致混凝土各龄期强度下降，后期强度的发展速率降低。

综合增效剂混凝土的工作性能和抗压强度等测试结果也进一步说明，增效剂对用水量比较敏感，用水量减小，增效剂混凝土拌合物的粘度增大，工作性略差，增加施工难度；用水量增加，低强度等级的混凝土拌合物易离析泌水，硬化混凝土各龄期强度也会降低，强度增长幅度下降。因此，在生产过程中，采用增效剂进行混凝土生产时，为保证混凝土的工作性能和抗压强度必须严格控制用水量，及时检测砂石的含水率。

4  结论

（1）不同种类增效剂对生产原材料的适应性差异较大，在进行增效剂混凝土生产时，需根据原材料及其变化进行试配确定增效剂种类。

（2）通过选择合适的增效剂并进行配合比的优化，在保证混凝土综合性能与原生产配比相同甚至略有提高的情况下，各强度等级的混凝土中可降低水泥用量8%～13%。

（3）增效剂混凝土的性能能满足生产和施工要求，但增效剂对用水量和原材料比较敏感，若采用增效剂进行混凝土生产时，需要较高的生产控制条件，必须严格控制用水量和原材料的稳定性，以保证混凝土的工作性能和抗压强度。

参考文献

[1] 陈志杰，胡鹏飞，刘衍行．BTL混凝土强效剂的应用研究[J]．混凝土，2013，282(12)：83-85．

[2] 赵家声．CTF 混凝土增效剂的应用研究[J]．商品混凝土，2013(7)：48-50．

[3] 葛挺林．用增效剂优化混凝土配合比[J]．商品混凝土，2010( 11)：36-39．

[4] 刘娟红，文烨．LSY 混凝土增效剂对水泥基材料性能的影响研究[J]．混凝土世界，2012，42(12)：70-74．

[5]李亚青，郭文虎．谈水灰比对混凝土强度的影响[J]．山西建筑，2012(32)：128-130．