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2 0 1 0年 第 4 期 (总 第 2 4 6 期 ) Numb e r 4 i n 2 0l 0( To t a l No2 46) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及 辅助物料 M ATE RI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 4 0 2 9 采用复合高效减水剂优化芯柱 自密实混凝土 董鹏程 ，孟志 良 ，孙建恒 ( 1 河北农业大学 城乡建设学院，河北 保定 0 7 1 0 0 1 ；2 重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 4 0 0 0 4 5 ) 摘要 ： 在 自密实混凝土初步配合 比基础上 ， 通过试验研究 了聚羧酸与脂肪族高效减水剂复合对混凝土拌合物和易性和抗压强 度影 响。 试验结果表 明： 两者 以适 宜掺量复合时 ， 能使 混凝 土拌合物的和易性满 足 自密实要求 ， 两者在一定 范围内变化时 ， 混凝 土 7 d和 2 8 d抗压 强 度存在 峰值 。在 以上研究基础上 ， 通过调整粉煤灰掺量使混凝 2 8 d抗 压强 度满足强度等级要求 ， 并对优化后的 自密实混凝土进 行了 经济分析 。 关键词： 复合高效减水剂；优化；芯柱；自密实混凝土 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 2 2 文 献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 8 9 0 3 Opt i m i z a t i on o f c or e- c ol u m n s e l f - co m pa c t i n g c onc r e t e by compos e s o f s uper p I as t i c i z er a dm i x t ur e DONG Pe n g- c he n g M ENG Z hi l i a n g SUN J i a n he n g (1 Co l l e g e o fUr b a n a n d Ru r a l Co n s t r uc t i o n， Ag r i c ul t u r a l Un i v e r s i ty o f He b e i ， Ba o d i n g 0 71 0 01 ， Ch i n a； 2 Co l l e g eo fMa t e r i a l s S c i e n c e a ndE n g i n e e r i n g， Ch o ng q i ngUn i v e r s i t y， Ch o n g q i n g4 0 0 0 4 5， Ch i na ) Ab s t r a c t ： On t h e b a s i s o fp r e l i mi n a r y mi x p r o p o r t i o n o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e， t h e i n fl u e n c e s o fc o mp os i t e s o f s u p e r p l a s t i c i z e r a d mixtur e o f a l i p h a t i c s a n d p o l y c a r b o x y l a t e s t o t h e wo r k a b i l i ty a n d t h e c o mp r e s s i v e s e n g t h o f c o n c r e t e a r e r e s e a r c h e d b y e x p e r i me n t T h e r e s u l t s s h o w t h a t ， wh e n t h e a mo un t ofmi x c o n t e n t i s a p p r o p r i a t e ， t h e wo r k a b i l i ty o f c o n c r e t e mi x me e t s t h e r e q u i r e me nt o f s e l f - c o mpa c t i n g， wh e n t h e a mo u n t o f mi x c o n t e n t c h a n g e i n a c e r t a i n r a n g e t h e c o n c r e t e e x i s t t h e p e a k v a l u e s o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f 7 d a n d 2 8 d Ba s e d up o n a b o v e r e s e a r c h a d - j u s t me n t o f t h e d o s a g e o f fl y a s h ma k e s t h e 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f the c o n c r e t e t o me e t t h e r e q u i r e me n t s o f s t r e n g t h g r a d e T h e e c o n o mi c a n a l y s i s o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e wh i c h h a s b e e n o p t i mi z e d i s ma d e Ke y wor ds ： c o mpo s i t e s o f s u p e r p l a s t i c i z e r a d mi x tur e ； o p t i mi z a t i o n； c o r e - c o l u mn； s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e 0引言 1 原材料 及试验 方法 黏土砖禁止使用后 ， 混凝土小型空心砌块以其保温 、 隔热、 节能和节地等优势 ， 在多层砌体房屋结 构中已大量应用 。在该 结构体系中， 要求按规定设置芯柱 ， 以提高建筑物整体性和抗 震性。 采用现行规范和目前国内研究成果浇灌芯拄， 必须振捣。 振捣容易引起芯柱混凝土离析和新砌砌体开裂。如采用低强度 自密实混凝土浇灌芯柱 。不 仅能保证芯柱混凝土质量 ， 还可 以 避免新砌砌体开裂。 在实际工程中， 配制自密实混凝土时， 更换水泥品种往往 并不现实。由于水泥与高效减水剂的适应性问题， 当采用单一 高效减水剂和缓凝剂复合无法满足自密实要求时， 常常考虑不 同品种高效减水剂的复合。不同种类高效减水剂表现出各 自优 缺点， 如能将它们复合使用， 发挥各 自优点， 是满足工程需要的 一 种简便、 经济有效的途径【 l - 。 本文通过试验研究了聚羧酸与脂肪族两种高效减水剂复 合， 对混凝土拌合物和易性和抗压强度的影响 ， 同时研究 了粉 煤灰掺量对自密实混凝土抗压强度的影响。在此基础上， 优化 配制出 C 2 5和 C 3 5 芯柱 自密实混凝土。 收稿 日期 ：2 0 0 9 1 2 2 1 基金项 目：河北 省科技 攻关项 目( 0 6 2 1 3 7 0 1 D) 1 1 原 材料 河北鹿泉鼎鑫P O 4 2 5 级水泥， 水泥技术性能如表 1 所示； t g 北陶城I 级粉煤灰， 粉煤灰质量指标如表 2 所示； 5 1 6 mm连续级 配碎石， 表观密度和堆积密度分别为 2 7 4 0 k g m 和 1 5 0 0 k g m ； 细度模数为 2 6级配良好的河砂 ， 表观密度和堆积密度分别为 2 5 9 0 k g m 和 1 5 5 0 k g m ； 保定慕湖恒源新型建材公司生产的 聚羧酸高效减水剂( 固含量为 4 0 ) 、 脂肪族高效减水剂、 葡萄 糖酸钠和三聚磷酸钠缓凝剂等； 自来水。 表 1 鼎鑫 P O 4 2 5级水泥技术性能 密度 细度标准需水量含水率烧失量s o1 ( k g m ) 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2试验 方法 芯柱 自密实混凝土拌合物和易性试验， 参照 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 自密实混凝土应用技术规程 和 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 ( 普通混凝 土拌合物陛能试验方法标准 进行。考虑到芯柱中钢筋与空壁之 间间距大( 6 5 7 0 tu r n ) ， 且竖向浇筑。因此， 只要将 自密实混凝土 拌合物的坍落度 、 扩展度和 T 等指标 ， 分别控制在 2 5 5 2 7 0 、 5 5 0 7 5 0 m l n和 3 2 0 S 范围内， 同时保证混凝土拌合物具有良好 的稳定性， 就能使其满足自密实要求。 自密实混凝土抗压强度测试按 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混 凝土力学性能试验方法标准 进行。 2 高效减水剂复合 对混凝 土拌合 物和 易性 和 抗 压强度影 向 2 1 自密实混凝土初步配合 比 根据固定砂石体积含量法， 计算出S C C 2 5和 S C C 3 5 初步配 合比， 如表 3所示。 表 3 S C C 2 5和 S C C 3 5 初步配合比 2 2 高效减水剂复合对 自密实混凝土拌合物和 易性 和抗 压 强度影 响 针对选用的水泥品种 ， 由于采用单一高效减水剂与缓凝剂 复合， 难以使混凝土拌合物和易性满足自密实要求。因此 ， 考虑 采用复合高效减水剂， 来使混凝土拌合物和易性满足自密实要 求。在混凝土初步配合比基础上， 通过初步试验 ， 确定为聚羧酸 和脂肪族两种高效减水剂复合。以 S C C 2 5 优化配制过程为例。 2 2 1 试验结果 初步试验结果确定， 缓凝剂掺量为 0 0 5 ， 聚羧酸高效减水 剂掺量在 0 3 - -0 4 范围内。试验中调整脂肪族高效减水剂掺 量， 对混凝土拌合物和易性和抗压强度的影响见表 4 。 表 4 高效减水剂复合对 自密实混凝土拌合物和易性和抗压强度影响 注 ： 缓凝剂为葡萄糖酸钠和三聚磷酸钠按 1 ： 1 复合而成； s 1 - I S 一 1 6 分别表示在 S C C 2 5 基础上， 两种高效减水剂不同掺量比组的编号； 表中高效减水剂掺量比中数据 ， 均以配合比中胶凝材料质量为基数 。 2 2 2 试验结果分析 ( 1 ) 高效减水剂复合对混凝土拌合物和易性的影响 由4表中编号 S - 1 1 S 1 3 混凝土拌合物和易性试验结果 可以看出： 当聚羧酸高效减水剂掺量为 0 4 时， 随着脂肪族高效 减水剂掺量的增加， 混凝土拌合物坍落度和扩展度损失相差不 大， 然而混凝土拌合物 T 出现了明显的降低。说明了混凝土拌 合物流动速度加快。当脂肪族高效减水剂增加到 0 6 时， 6 0 rai n 时混凝土拌合物的 才满足了自密实要求。 但是混凝土拌合物 3 0 mi n 时出现了轻微泌水现象。 为了改善混凝土拌合物轻微泌水现象， 保持缓凝剂掺量不 变， 将聚羧酸高效减水剂掺量降低到 0 3 5 和 0 3 ， 把聚羧酸 与脂肪族两种高效减水剂掺量比例调整到 1 ： 2 。前者混凝土拌 合物 3 0 m i n时， 仍存在轻微泌水现象； 而后者混凝土拌合物未 9 0 出现泌水现象。在 S - 1 5的基础上， 保持缓凝剂掺量不变， 继续 增加脂肪族高效减水剂掺量， 将聚羧酸与脂肪族高效减水剂掺 量比例调整到 l ： 3 时， 混凝土拌合物出现了严重泌水现象。 因此， 从两种高效减水剂复合对混凝土拌合物和易性影响的试验结 果看， 只有 S 1 5 组混凝土拌合物的和易性在 0 6 0 mi n内， 满足 自密实要求。 ( 2 ) 高效减水剂复合对混凝土抗压强度的影响 从表 4中编号 S 1 1 S 1 3混凝土抗压强度试验结果来 看， 当聚羧酸高效减水剂掺量为0 4 ， 脂肪族高效减水剂掺量 在 0 0 - 0 6 范围内变动时， 混凝土 7 d和 2 8 d抗压强度总体 趋势稍有降低， 但是幅度不大。如脂肪族高效减水剂由0增加 到 0 6 ， 混凝土 2 8 d 抗压强度降低值不足2 。 从编号 S 1 5和 S - 1 6混凝土抗压强度试验结果来看， 聚羧酸高效减水剂掺量为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 0 3 ， 脂肪族高效减水剂掺量从 0 6 ) J l 到 0 9 ， 混凝土 7 d 抗 压强度略有降低， 而 2 8 d抗压强度略有提高。 因此， 当聚羧酸高 效减水剂掺量为 0 3 ( 或 0 ， 4 ) 时， 脂肪族高效减水剂掺量在 0 9 范围内变动时， 对混凝土 7 d和 2 8 d 抗压强度影响不大。 从表 4中编号 S - 1 5和 S - 1 3混凝土抗压强度试验结果来 看 ， 脂肪族高效减水剂掺量为 O 6 ， 聚羧酸高效减水剂掺量 由0 _ 3 增加到 0 4 时， 混凝土 7 d抗压强度降低了 4 6 ， 但 是混凝土 2 8 d的抗压强度提高了 6 8 。 从编号 S 1 5和 S - 1 4 混凝土抗压强度试验结果来看， 聚羧酸高效减水剂掺量由0 3 增加到 0 3 5 ， 脂肪族高效减水剂掺量由0 6 增加到 0 7 5 ， 混凝土 7 d和2 8 d 抗压强度分别提高了 8 7 和 1 5 1 ， 说明了 两种高效减水剂在一定范围内变动时， 混凝土 7 d和 2 8 d抗压 强度存在峰值。虽然编号 s 1 - 4混凝土 7 d和 2 8 d抗压强度最 高， 但是混凝土拌合物 3 0 mi n时有轻微泌水现象， 不能满足 自 密实要求。 总上所述 ， 在上述 6组 混凝土抗 压强度 试验结果 中 ， 虽然 S - 1 5 混凝土 2 8 d抗压强度最低， 但是只有 S - 1 5 混凝土拌合物 和易性在 0 - 6 0 mi n内， 满足自密实要求。 因此， 通过试验确定的 高效减水剂组合编号为 S - 1 5 。 3 粉煤灰掺量对 自密实混凝 土抗压强度的影响 调整 S C C 2 5 配合比中的粉煤灰掺量 ， 在粉煤灰掺量 3 5 基 础上， 增加粉煤灰等量取代水泥分别为 3 0 和 4 0 的两个配合 比， 微调高效减水剂的掺量 ， 使其拌合物和易性满足 自密实要 求。然后制作成标准试件， 测其标准养护条件下 7 d和2 8 d的 抗压强度， 如表 5 所示。 表 5 粉煤灰掺量对 自密实混凝土抗压强度的影响 由表 5可以看出： 随着粉煤灰取代水泥量的增加， 自密实 混凝土 7 d和2 8 d抗压强度在降低。 s 1 5配合比2 8 d的抗压强 度能满足 S C C 2 5的要求， 且超出不多。因此 ， 最后确定 S C C 2 5 的配合 比为 S 1 5 。 通过以上步骤 ， 同时优化配制出 S C C 3 5的最佳配合比， 其 配合比及混凝土拌合物和易性和抗压强度如表 6所示。 表 6 S CC 3 5的最佳配合比及混凝土拌合物和易性和抗压强度 4 经济分析 将上述优化后的自密实混凝土配合比， 与同强度等级商用 自密实混凝土， 以及以往采用单一高效减水剂与缓凝剂复合配 制的同强度等级自密实混凝土， 进行经济对比分析。 就混凝土原材料考虑， 虽然自密实混凝土胶凝材料用量和外 加剂掺量多， 但是由于它不需要机械振捣， 节省的与振捣相关费用 ( 包括振捣设备费、 电费和J k - c 费) i t 否补偿原材料增加的费用? 根据原材料的询价， 计算 S C C 2 5和S C C 3 5 单位立方米成本， 如表 7 所 示。 表 7 复合高效减水剂与单一高效减水剂配制的自密实混凝土成本分析 由表 7可以看出， 与单一高效减水剂配制的同强度等级 自 密实混凝土相比， 复合高效减水剂配制的自密实混凝土单位立 方米成本降低了4 3 8 3 。 考虑到混凝土搅拌站的搅拌机、 混凝土运输车和泵车等机械 设备的摊销费用以及搅拌站获得的利润， 计算出低强度 自密实混 凝土搅拌站供应价格。 经询价列出了商用 自密实泵送混凝土( c 2 5 和 c 3 5 ) 搅拌站供应价格。考虑到商用自密实混凝土必须振捣， 经 过测算商用 自密实混凝土与振捣相关费用 ( 包括混凝土振捣工的 人工费、 振捣棒费用和振捣所消耗的电费) 为2 2 5 元 m 。因此， 商 用自密实混凝土单位立方米综合成本等于混凝土搅拌站供应价格 与振捣相关费用之和。而 自密实混凝土不用振捣， 因此， 其混凝土 搅拌站供应价格就是综合成本。两者的对比分析如表 8 所示。 由表 8可以看出， 与同强度等级商用 自密实混凝土相比， 复合高效减水剂配制的自密实混凝土单位立方米综合成本降 低 了 2 2 4 2 ,- - 2 4 7 0 。 下转 第 9 5页 91 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 昌 。 l。 籁 蜊 键 分 形维数 图 5 5 0 5 5 0 n m 孔径分形维数与氯离子扩散 系数 表 1 1 孔径分布表 由表 I 1可以看出， 双掺混凝土在 5 0 5 5 0 n m具有最低的 比例为 5 3 8 6 1 ， 而粉煤 灰混凝 土比例最大 为 6 0 4 5 2 。 考虑到 毛细作用和孔径分布比例， 所以认为毛细孔 +部分过渡 L ( 5 0 - 5 5 0 n m) 可以作为评价混凝土氯离子渗透性与分形特征的重要 依据 。 4结 论 ( 1 ) 混凝土材料 的孔隙结构是极为复杂的体系 ， 采用分 形理论分析评价硬化后混凝土材料孔隙的结构特征是十分 有效的， 它可以对孔隙的显微结构的复杂程度进行量化的精 细 描述 。 ( 2 ) 与压汞测孔相结合的混凝土材料孔隙结构体积分形 特征参数的测试评价方法是有效的， C 5 0泵送混凝土的压汞 测孔曲线在 5 0 n m和 5 5 0 a m孔径左右出现明显的拐点特征， 5 0 5 5 0 m T l 孔径分形维数能够很好地与氯离子扩散系数建立 联 系 ， 随着孔 隙的分 形维 数增 大 ， 凝 胶孔增 多 ， 混 凝土 氯离 子 扩散系数显著降低。 ( 3 ) 不同的掺合料对于泵送混凝土孔隙分形维数和氯离子 上接第 9 1页 表 8 S CC 2 5 、 S CC 3 5与 C3 5 、 C 2 5综合成本分析 5结 论 ( 1 ) 聚羧酸和脂肪族高效减水以适宜掺量复合时 ， 能使混 凝土拌合物和易性满足 自密实要求。当两者在一定范围内变动 时， 混凝土 7 d和 2 8 d 抗压强度存在峰值。 ( 2 ) 随着粉煤灰等量取代水泥量的增加， 自密实混凝土 7 d 和2 8 d 抗压强度降低， 因此， 可通过调整粉煤灰掺量， 能使自密 实混凝土2 8 d抗压强度满足强度等级要求。 ( 3 ) 经济分析结果表明， 采用复合高效减水剂优化配制自 密实混凝土是一种经济有效的途径。 参考文献 ： 【 1 吴芳， 等 聚竣酸系与萘系复合高效减水剂的吸附特性及 电位研 渗透有明显影响， 粉煤灰混凝土总孔隙率最大， 分形维数最小， 氯离子扩散系数最大， 与此相应的矿渣粉煤灰双掺的 C 5 0泵送 混凝土总孔隙率最小， 氯离子扩散系数最小。毛细孔 +部分过 渡孔( 5 0 5 5 0 n m) 可以作为评价混凝土氯离子渗透性与分形特 征的重要依据。 参考 文献 ： 【 1 ME H T A P K， B U R R OWS R WB u i l d i n g d u r a b l e s t r u c t u r e s i n t h e 2 1 s t c e n t u r y J C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 5 7 6 3 2 】F E O D OR M B F r a e t a l s a n d f r a e t a l s c a l i n g i n f r a c t u r e me c h a n i c s J I n t e m a t i o n a l J o u r n a l o f F r a c t u r e ， 1 9 9 9 ( 9 5 ) ： 2 3 9 2 5 9 【 3 J3 张武满 混凝土结构中氯离子加速渗透试验与寿命预测【 D 】 哈尔滨 工业大学， 2 0 0 6 ( 1 1 ) ： 3 - 4 4 】 唐明， 巴恒静基于分形理论的混凝土孔隙特征研究 c 】 第五届全国 高性能混凝土学术交流会论文， 2 4 8 2 4 9 5 S HA H S P ， WA NG K， WE I S S J Mi x t u r e p r o p o r t i o n i n g f o r d u r a b l e c o n c r e t e J C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 2 0 0 0 ， ( 9 ) ： 7 3 7 8 【 6 】S T AN I S H K D， H OO T ON R D， T H OMA S M D AP r e d i c t i o n o f c h l o ri d e p e ne t r a t i o n i n c o n c r e t e Te s t i n g t h e c h l o ri d e p e n e t r a t i o n r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e ： a l i t e r a t u r e r e v i e w F HWA C o n c r e t e D T F H6 1 - 9 7 - R0 0 2 2 R T o r o n t o， On t a ri o， Ca n a d a： De p a r tme n t o f Ci v i l E n g i n e e rin g o f Un i v e r s i t y o f To r o n t o， 1 9 9 7 7 潘钢华， 孙伟 活，性混合材微集料效应的理论和试验研究【 J 混凝土 与水泥制品， 1 9 9 7 ( 6 ) ： 2 3 2 5 作者简介 ： 单位地址 ： 联 系电话 ： 唐明( 1 9 5 6 一 ) ， 男 ， 教授 ， 博士。 O 2 4 2 4 6 9 0 3 O 9 9 号 ( 1 1 0 1 6 8 ) 究【 J 】 新型建筑材料， 2 0 0 3 ( 8 ) ： 5 0 5 3 2 】邓少霞， 等 聚羧酸系与脂肪族系高效减水剂复合效应试验研究【 J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 5 5 5 7 3 李春梅， 等 蔡系高效减水剂和氨基磺酸盐高效减水剂的热复合研 究 J J 化学建材， 2 0 0 5 ( 5 ) ： 4 8 4 9 4 4 何廷树， 等 复合使用 化历程的影响【 J 】 硅酸盐学报 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 7 9 6 8 0 0 f 5 】 何廷树， 等 复合使用高效减水剂控制大流动性混凝土坍落度损【 J 混凝土 ， 2 0 0 1 ( 1 1 )： 3 2 3 5 6 何廷树， 等从混凝土减水剂作用机理看高效减水剂合成与复合方 法【 J J 混凝土， 2 0 0 2 ( 1 1 ) ： 2 4 2 8 f 7 】 雷落军， 等 p 一 萘磺酸钠缩甲醛与木钙复合高效减水剂及其复合效应 试验研究I J J 混凝土， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 1 2 1 4 作者简介 ： 单位地址 ： 联系电话 董鹏程( 1 9 8 5 一 ) ， 男 ， 硕士研究生， 研究方向： 水泥基材料。 保定市灵雨寺街 2 8 9 号 河北农业大学城建学院土木工程 系 ( 0 7 1 0 0 1 ) l 3 9 3 0 8 4 0 47 8 95 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m