新型共聚超塑化劑在高強陶?；炷林械膽醚芯?/h1>
2015-02-26 10:11周敏
新型建筑材料 2015年6期
周敏
（福建省建筑科學研究院，福建省綠色建筑技術重點實驗室，福建 福州 350025）
新型共聚超塑化劑在高強陶?；炷林械膽醚芯?/p>
周敏
（福建省建筑科學研究院，福建省綠色建筑技術重點實驗室，福建 福州 350025）
以高嶺土尾礦、煤矸石、粉煤灰為原料燒成的陶粒為骨料，摻入自行配制的新型共聚超塑化劑，解決了陶?；炷岭x析、骨料上浮等問題，配制出輕質高強陶粒混凝土。試驗結果表明，當新型共聚超塑化劑摻量為1.0%時，混凝土具有最佳的流動性和黏聚性；隨塑化劑摻量增大，含氣量增大，混凝土表觀密度逐漸減小，抗壓強度先提高后降低，當摻量為1%時抗壓強度達到最大。
新型超塑化劑；輕質高強；陶粒混凝土
陶粒作為混凝土骨料，與普通集料有較大的差異，由于其較小的密度，與水泥漿的密度相差較大，因而易產生陶粒上浮，加大離析，因此，如何解決陶?；炷林屑仙细〉膯栴}成為保證陶粒混凝土質量的關鍵[1]。本課題采用龍巖地區(qū)高嶺土尾礦、煤矸石及粉煤灰為原料燒成的陶粒為骨料[2-4]，摻入實驗室自行配制的新型共聚超塑化劑，研制出具有優(yōu)良性能的輕質高強陶粒混凝土。
1 原材料
1.1 陶粒
所用陶粒為以龍巖地區(qū)高嶺土尾礦、煤矸石、粉煤灰為原料，并摻入試驗室自行配制的新型外加劑燒制而成，其公稱粒徑20 mm，顆粒級配5～20 mm，堆積密度782 kg/m3，1 h吸水率2.8%，筒壓強度6.4 MPa，表觀密度1290 kg/m3，具有輕質、高強、低吸水性等特點。
1.2 水泥
選用紅獅牌P·O42.5R水泥，標準稠度用水量28.6%，初凝時間171 min、終凝時間233 min，3 d和28 d抗折強度分別為5.4、8.2 MPa，3 d和28 d抗壓強度分別為26.6、49.8 MPa。
1.3 粉煤灰
采用石獅熱電廠的Ⅱ級粉煤灰，細度（0.045 mm篩篩余）12.3%，燒失量2.02%，28 d抗折強度比86.6%，28 d抗壓強度比82.5%。
1.4 細骨料
河砂，細度模數2.6，堆積密度1520 kg/m3。
1.5 超塑化劑
試驗用新型共聚超塑化劑為試驗自行配制，主要成分為異戊烯基聚醚接枝羧甲基纖維素醚，具有增稠和引氣效果，解決陶粒易分層離析、上浮及混凝土坍落度損失較大等問題。
1.6 減水劑
采用福建建工建材科技開發(fā)有限公司生產的TW-PS聚羧酸高效減水劑，減水率26%，泌水率比33%，含氣量2.6%，1 h坍落度保留值175 mm，28 d抗壓強度比142%。
2 試 驗
2.1 配合比設計
在初期研究的基礎上，確定砂率為35%、粉煤灰摻量為20%，配制LC30、LC45、LC60陶?；炷粱鶞逝浜媳龋姳?，著重研究超塑化劑摻量對各強度等級陶?；炷练謱与x析及工作性能的影響。配比中的陶粒為干燥狀態(tài)下的用量，試驗時經過3 h預濕處理。
2.2 試驗方法
陶?；炷撂涠?、含氣量按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行測試；立方體抗壓強度按GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行測試；干表觀密度按JGJ51—2002《輕骨料混凝土技術規(guī)程》進行測試；均勻性系數、均布系數參考文獻[5]采用類似砂漿分層度筒的試驗設備進行測試，其中均勻性系數、均布系數試驗所用設備（上浮試驗筒）為類似砂漿分層度筒的試驗設備，其底部筒高由100mm改為200mm。陶粒上浮試驗設備示意見圖1。
均布系數kp、km按式（1）、式（2）計算。
式中：kp——輕集料混凝土勻質性系數，通常kp≤1，kp越接近1，表明混凝土質量越均勻；
km——輕集料均布系數，通常km≤1，km越接近1，表明輕集料上浮作用越小；
w1、w2——上浮試驗筒上、下筒內的輕集料混凝土拌合物的質量。
m1、m2——上浮試驗筒上、下筒內的輕集料質量。
3 結果與分析
超塑化劑摻量對陶?；炷列阅艿挠绊懸姳?。
3.1 超塑化劑摻量對勻質性影響的分析
由表2可知，自行配制的新型共聚超塑化劑摻量由0增大到1.0%時，不同厚度等級陶粒混凝土勻質性系數及均布系數都有比較明顯的提高，新拌陶?；炷岭x析、上浮分層現象明顯降低，但當超塑化劑摻量超過1.0%時，其勻質性系數及均布系數反而呈下降趨勢。
隨新型共聚超塑化劑摻量從0增加至1.0%時，新拌陶?；炷恋暮瑲饬亢统跏继涠纫苍诓粩嘣龃螅軌蝻@著改善新拌陶?；炷岭x析、上浮的問題。在超塑化劑摻量由0增大到1.0%時，陶粒混凝土坍落度平均增量為15 mm左右，摻量由1.0%增加到1.2%時，其坍落度平均增量為60 mm左右，過大的坍落度也不利于改善新拌陶?；炷岭x析、上浮的問題。因為超塑化劑具有一定的增稠、引氣作用，有利于改善新拌陶?；炷恋碾x析、上浮以及坍落度損失較大的問題。當超塑化劑摻量從0增加至1.0%時，由于超塑化劑的增稠作用，膠凝材料易粘附在陶粒表面，對集料的包裹力逐漸提高，使集料所受的浮力、重力以及恢復力達到平衡（見圖2）。
3.2 超塑化劑摻量對含氣量與坍落度的影響
由于超塑化劑的作用，從而降低了新拌陶?；炷岭x析、上浮的現象，同時超塑化劑帶有一定的引氣成分，當超塑化劑摻量為1.0%時，引入的含氣量約為1.2%～1.3%，LC30含氣量為3.5%，LC45含氣量為3.8%，LC60含氣量為3.9%，均小于4.0%，此時的陶粒混凝土既有良好的粘聚性又有良好的流動性，在一定程度上彌補了因陶粒吸水特性引起的坍落度損失較大問題。而當超塑化劑摻量繼續(xù)增加至1.2%時，通常會認為新拌陶?；炷岭x析、上浮現象更少，但實際結果則相反，其主要原因在于燒制陶粒其本身吸水率相對較低，并經過預濕3 h處理，同時隨超塑化劑摻量由1.0%增加至1.2%時，陶?；炷恋暮瑲饬烤^了4.0%，此時含氣量對拌合物的流動性貢獻增加，超塑化劑引起的坍落度增加作用超過了增稠作用，一定程度導致了陶粒混凝土離析、上浮現象。
3.3 超塑化劑摻量對表觀密度與抗壓強度的影響
由表2可知，不同強度等級的陶?；炷粒S著含氣量增加，干表觀密度減小，抗壓強度則先提高后降低。這是由于在各相同強度等級混凝土中，除了超塑化劑摻量不同，其它單方質量均相同，當含氣量增加，單位混凝土中固體含量略有減少，從而改善了陶?；炷恋谋碛^密度。適量的含氣量能夠改善抗壓強度，這是由于隨著微小獨立氣泡的引入，水泥漿體及水泥漿與骨料的界面層中的水膜被破壞，使其內部水泥水化均勻，水分分散均勻，有助于排出多余水分，從而使水泥漿體硬化后結構密實，但隨著含氣量繼續(xù)增加，氣泡的間距太小，形成連接界面，降低界面強度，導致強度降低。
4 結語
（1）適量的新型超塑化劑既能改善陶粒凝土的粘聚性，減少離析、上浮現象，同時也能夠改善其流動性，達到雙控的效果。
（2）適量的超塑化劑對陶?；炷辆哂幸龤庑Ч?，能明顯改善陶?；炷恋墓ぷ餍?，同時能降低陶粒混凝土的表觀密度。
（3）當超塑化劑摻量大于1.0%時，陶?；炷恋暮瑲饬烤^4.0%，超塑化劑對改善拌合物流動性的效果超過了超塑化劑的增稠效果，對改善新拌陶?；炷恋碾x析、上浮等現象不利，因此，新拌陶粒混凝土中超塑化劑最佳摻量為1.0%。
（4）隨塑化劑摻量增大，含氣量增大，混凝土表觀密度逐漸減小，抗壓強度先提高后降低，當摻量為1%時抗壓強度達到最大。
[1]張承志.建筑混凝土[M].北京：化學工業(yè)出版社.
[2]張蔚.高嶺土-煤矸石燒制輕質高強陶粒的研究[J].新型建筑材料，2012（10）：81-84.
[3] 周敏.高嶺土尾礦-煤矸石-粉煤灰燒制輕質高強陶粒的研究[J].新型建筑材料，2013（2）：59-60，67.
[4]周敏.外加劑對輕質高強高嶺土尾礦-煤矸石-粉煤灰陶粒影響的研究[J].新型建筑材料，2014（3）：45-47，51.
[5]王志偉.高性能輕集料混凝土試驗研究[D].青島：青島理工大學，2006.
Study on preparation of high-strength concrete with the new copolymer superplasticizer
ZHOU Min
（Key Lab of Green Building Technology in Fujian Province，Fujian Academy of Building Research，Fuzhou 350025，Fujian，China）
The article described that the new copolymer superplasticizer could solve the segregation and floating problem when preparing the light-weight and high-strength concrete with the kaolin tailings-gangue-fly ash haydite.The results show that the concrete with good fluxility and viscosity would have been made with 1%new superplasticizer admixture；with the increase of superplasticizer，air content increases，apparent density of concrete decreases gradually，compressive strength first improves the decreases，the compressive srtength reaches the maximum when the dosage is 1%.
the new superplasticizer，light-weight and high-strength，haydite concrete
TU55+1.33
A
1001－702X（2015）06－00
福建省科技計劃重點項目（2011Y0017）
2014-11-10
周敏，男，1978年生，福建福州人，碩士，高級工程師。
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周敏
（福建省建筑科學研究院，福建省綠色建筑技術重點實驗室，福建 福州 350025）
新型共聚超塑化劑在高強陶?；炷林械膽醚芯?/p>
周敏
（福建省建筑科學研究院，福建省綠色建筑技術重點實驗室，福建 福州 350025）
以高嶺土尾礦、煤矸石、粉煤灰為原料燒成的陶粒為骨料，摻入自行配制的新型共聚超塑化劑，解決了陶?；炷岭x析、骨料上浮等問題，配制出輕質高強陶粒混凝土。試驗結果表明，當新型共聚超塑化劑摻量為1.0%時，混凝土具有最佳的流動性和黏聚性；隨塑化劑摻量增大，含氣量增大，混凝土表觀密度逐漸減小，抗壓強度先提高后降低，當摻量為1%時抗壓強度達到最大。
新型超塑化劑；輕質高強；陶粒混凝土
陶粒作為混凝土骨料，與普通集料有較大的差異，由于其較小的密度，與水泥漿的密度相差較大，因而易產生陶粒上浮，加大離析，因此，如何解決陶?；炷林屑仙细〉膯栴}成為保證陶粒混凝土質量的關鍵[1]。本課題采用龍巖地區(qū)高嶺土尾礦、煤矸石及粉煤灰為原料燒成的陶粒為骨料[2-4]，摻入實驗室自行配制的新型共聚超塑化劑，研制出具有優(yōu)良性能的輕質高強陶粒混凝土。
1 原材料
1.1 陶粒
所用陶粒為以龍巖地區(qū)高嶺土尾礦、煤矸石、粉煤灰為原料，并摻入試驗室自行配制的新型外加劑燒制而成，其公稱粒徑20 mm，顆粒級配5～20 mm，堆積密度782 kg/m3，1 h吸水率2.8%，筒壓強度6.4 MPa，表觀密度1290 kg/m3，具有輕質、高強、低吸水性等特點。
1.2 水泥
選用紅獅牌P·O42.5R水泥，標準稠度用水量28.6%，初凝時間171 min、終凝時間233 min，3 d和28 d抗折強度分別為5.4、8.2 MPa，3 d和28 d抗壓強度分別為26.6、49.8 MPa。
1.3 粉煤灰
采用石獅熱電廠的Ⅱ級粉煤灰，細度（0.045 mm篩篩余）12.3%，燒失量2.02%，28 d抗折強度比86.6%，28 d抗壓強度比82.5%。
1.4 細骨料
河砂，細度模數2.6，堆積密度1520 kg/m3。
1.5 超塑化劑
試驗用新型共聚超塑化劑為試驗自行配制，主要成分為異戊烯基聚醚接枝羧甲基纖維素醚，具有增稠和引氣效果，解決陶粒易分層離析、上浮及混凝土坍落度損失較大等問題。
1.6 減水劑
采用福建建工建材科技開發(fā)有限公司生產的TW-PS聚羧酸高效減水劑，減水率26%，泌水率比33%，含氣量2.6%，1 h坍落度保留值175 mm，28 d抗壓強度比142%。
2 試 驗
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在初期研究的基礎上，確定砂率為35%、粉煤灰摻量為20%，配制LC30、LC45、LC60陶?；炷粱鶞逝浜媳龋姳?，著重研究超塑化劑摻量對各強度等級陶?；炷练謱与x析及工作性能的影響。配比中的陶粒為干燥狀態(tài)下的用量，試驗時經過3 h預濕處理。
2.2 試驗方法
陶?；炷撂涠?、含氣量按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行測試；立方體抗壓強度按GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行測試；干表觀密度按JGJ51—2002《輕骨料混凝土技術規(guī)程》進行測試；均勻性系數、均布系數參考文獻[5]采用類似砂漿分層度筒的試驗設備進行測試，其中均勻性系數、均布系數試驗所用設備（上浮試驗筒）為類似砂漿分層度筒的試驗設備，其底部筒高由100mm改為200mm。陶粒上浮試驗設備示意見圖1。
均布系數kp、km按式（1）、式（2）計算。
式中：kp——輕集料混凝土勻質性系數，通常kp≤1，kp越接近1，表明混凝土質量越均勻；
km——輕集料均布系數，通常km≤1，km越接近1，表明輕集料上浮作用越小；
w1、w2——上浮試驗筒上、下筒內的輕集料混凝土拌合物的質量。
m1、m2——上浮試驗筒上、下筒內的輕集料質量。
3 結果與分析
超塑化劑摻量對陶?；炷列阅艿挠绊懸姳?。
3.1 超塑化劑摻量對勻質性影響的分析
由表2可知，自行配制的新型共聚超塑化劑摻量由0增大到1.0%時，不同厚度等級陶粒混凝土勻質性系數及均布系數都有比較明顯的提高，新拌陶?；炷岭x析、上浮分層現象明顯降低，但當超塑化劑摻量超過1.0%時，其勻質性系數及均布系數反而呈下降趨勢。
隨新型共聚超塑化劑摻量從0增加至1.0%時，新拌陶?；炷恋暮瑲饬亢统跏继涠纫苍诓粩嘣龃螅軌蝻@著改善新拌陶?；炷岭x析、上浮的問題。在超塑化劑摻量由0增大到1.0%時，陶粒混凝土坍落度平均增量為15 mm左右，摻量由1.0%增加到1.2%時，其坍落度平均增量為60 mm左右，過大的坍落度也不利于改善新拌陶?；炷岭x析、上浮的問題。因為超塑化劑具有一定的增稠、引氣作用，有利于改善新拌陶?；炷恋碾x析、上浮以及坍落度損失較大的問題。當超塑化劑摻量從0增加至1.0%時，由于超塑化劑的增稠作用，膠凝材料易粘附在陶粒表面，對集料的包裹力逐漸提高，使集料所受的浮力、重力以及恢復力達到平衡（見圖2）。
3.2 超塑化劑摻量對含氣量與坍落度的影響
由于超塑化劑的作用，從而降低了新拌陶?；炷岭x析、上浮的現象，同時超塑化劑帶有一定的引氣成分，當超塑化劑摻量為1.0%時，引入的含氣量約為1.2%～1.3%，LC30含氣量為3.5%，LC45含氣量為3.8%，LC60含氣量為3.9%，均小于4.0%，此時的陶粒混凝土既有良好的粘聚性又有良好的流動性，在一定程度上彌補了因陶粒吸水特性引起的坍落度損失較大問題。而當超塑化劑摻量繼續(xù)增加至1.2%時，通常會認為新拌陶?；炷岭x析、上浮現象更少，但實際結果則相反，其主要原因在于燒制陶粒其本身吸水率相對較低，并經過預濕3 h處理，同時隨超塑化劑摻量由1.0%增加至1.2%時，陶?；炷恋暮瑲饬烤^了4.0%，此時含氣量對拌合物的流動性貢獻增加，超塑化劑引起的坍落度增加作用超過了增稠作用，一定程度導致了陶粒混凝土離析、上浮現象。
3.3 超塑化劑摻量對表觀密度與抗壓強度的影響
由表2可知，不同強度等級的陶?；炷粒S著含氣量增加，干表觀密度減小，抗壓強度則先提高后降低。這是由于在各相同強度等級混凝土中，除了超塑化劑摻量不同，其它單方質量均相同，當含氣量增加，單位混凝土中固體含量略有減少，從而改善了陶?；炷恋谋碛^密度。適量的含氣量能夠改善抗壓強度，這是由于隨著微小獨立氣泡的引入，水泥漿體及水泥漿與骨料的界面層中的水膜被破壞，使其內部水泥水化均勻，水分分散均勻，有助于排出多余水分，從而使水泥漿體硬化后結構密實，但隨著含氣量繼續(xù)增加，氣泡的間距太小，形成連接界面，降低界面強度，導致強度降低。
4 結語
（1）適量的新型超塑化劑既能改善陶粒凝土的粘聚性，減少離析、上浮現象，同時也能夠改善其流動性，達到雙控的效果。
（2）適量的超塑化劑對陶?；炷辆哂幸龤庑Ч?，能明顯改善陶?；炷恋墓ぷ餍?，同時能降低陶粒混凝土的表觀密度。
（3）當超塑化劑摻量大于1.0%時，陶?；炷恋暮瑲饬烤^4.0%，超塑化劑對改善拌合物流動性的效果超過了超塑化劑的增稠效果，對改善新拌陶?；炷恋碾x析、上浮等現象不利，因此，新拌陶粒混凝土中超塑化劑最佳摻量為1.0%。
（4）隨塑化劑摻量增大，含氣量增大，混凝土表觀密度逐漸減小，抗壓強度先提高后降低，當摻量為1%時抗壓強度達到最大。
[1]張承志.建筑混凝土[M].北京：化學工業(yè)出版社.
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[3] 周敏.高嶺土尾礦-煤矸石-粉煤灰燒制輕質高強陶粒的研究[J].新型建筑材料，2013（2）：59-60，67.
[4]周敏.外加劑對輕質高強高嶺土尾礦-煤矸石-粉煤灰陶粒影響的研究[J].新型建筑材料，2014（3）：45-47，51.
[5]王志偉.高性能輕集料混凝土試驗研究[D].青島：青島理工大學，2006.
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ZHOU Min
（Key Lab of Green Building Technology in Fujian Province，Fujian Academy of Building Research，Fuzhou 350025，Fujian，China）
The article described that the new copolymer superplasticizer could solve the segregation and floating problem when preparing the light-weight and high-strength concrete with the kaolin tailings-gangue-fly ash haydite.The results show that the concrete with good fluxility and viscosity would have been made with 1%new superplasticizer admixture；with the increase of superplasticizer，air content increases，apparent density of concrete decreases gradually，compressive strength first improves the decreases，the compressive srtength reaches the maximum when the dosage is 1%.
the new superplasticizer，light-weight and high-strength，haydite concrete
TU55+1.33
A
1001－702X（2015）06－00
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