聚羧酸高效减水剂、混合砂（石）

及矿物掺合料三掺下的混凝土试验

陈惠英沃伟民王海康

宁波市建设预拌混凝土有限公司

摘要根据聚羧酸系高效减水剂的减水率、人们对混凝土的改性要求、人工砂的颗粒形态级配及间断级配碎石情况，提出经人工砂与天然砂相掺来调整良好级配的混合砂和大小间断碎石混合掺配成连续粒级碎石，在各级混凝土中掺相应的聚羧酸系高效减水剂量及混凝土的矿物掺合料，配置具有良好和易性、强度高、满足耐久性的高性能混凝土，并与原来采用萘系外加剂所配的混凝土进行对比，证明采用聚羧酸系高效减水剂、混合砂（石）、矿物掺合料三掺下的混凝土更经济，从而节约成本。

关键词高性能混凝土聚羧酸系高效减水剂人工砂天然砂碎石配合比设计

一、前言

人工砂定义：岩石经除土开采，机械破碎筛分而成的公称粒径小于5.0mm的岩石颗粒。

混合砂定义：由天然砂与人工砂按一定比例组合而成的砂。

混合掺配碎石定义：不同间断级配颗粒按一定比例形成连续的级配颗粒。

聚羧酸系高效减水剂的概念：由含有羧基的不饱和单体和其他单体共聚而成，使混凝土的减水，保坍、增强、收缩及环境等方面具有优良性能的系列减水剂。

高性能混凝土概念：利用废弃的矿物掺合料制成极好的工作性、优良的长期力学性能、早高强、高韧性，耐久性好，水硬化过程体积稳定并且均匀等符合工程目标性能要求的混凝土。

二、性能

（一）人工砂的性能

人工砂的优势：资源优势，可利用各种废弃资源，符合科学发展观，节约循环型且经济；

1、管理优势，有稳定的法人主体，实行生产许可，有固定的经营场所；

2、质量优势：料源固定，稳定机械化的生产方式，保证产品质量稳定，可调可控；

3、品质优势：表面粗糙，有较高的亲水性，有完整的级配，尤其小于75µm的石粉的微级配，颗粒级配稳定，可调整粒型，改善微结构。

由于商品混凝土大面积应用，混凝土用量迅猛增大。在广泛混凝土与其他结构的建筑材料相比，砂、石占混凝土质量的60%~70%左右，使得天然砂枯竭，使用人工砂代替天然砂势在必行。现代要求人工砂质量稳定，级配和颗粒良好，强度高，满足具有耐久性的混凝土要求。

（二）聚羧酸系高效能减水剂的性能

它通过主链吸附水泥颗粒表面，支链包围在水泥颗粒四周，通过空间拉阻的作用，因而具有更好的分散能力、保塑性和减水效果。用于普通混凝土、泵送混凝土及高性能混凝土应用方面有着优异的表现。

聚羧酸系高效减水剂的特点：

1、减水率高，为提高混凝土强度活性节约水泥提供保证。

2、良好的保塑性可以显著延长混凝土的运输时间和滞留时间。

3、具有广泛的适应性，对各种水泥及掺合料具有较好的分散性和保塑性。

4、提高和易性，可以制作密实的混凝土

5、具有较好的减缩效果，减少混凝土的收缩裂缝。

（三）矿物掺合料性能

矿物掺合料是工业废弃粉料，在配置混凝土时掺入后能改善新拌混凝土形态和硬化混凝土性能的无机矿物细粉。其具有良好的活性，参与了水泥的水化过程，对水化产物有所贡献。在配置混凝土时加入较大的矿物掺合料，可降低温升，改善工作性能，增进后期强度，并可改善混凝土的内部结构，提高混凝土细观密实度，提高抗CL-渗透力，尤其是掺合料提高和易性对碱-骨料反应具有很好的抑制作用，最终达到混凝土良好的工作性和提高耐久性（抗渗性和抗腐蚀能力）的高性能混凝土即绿色高性能混凝土。

三、混凝土的确定

3.1 试验所用材料

1、外加剂1）聚羧酸系高效水剂：1：2稀释后砂浆减水率≥20% ，含固量10%左右，杭州肖山建虹生产。

2）萘系减水剂JHN-1主要指标：砂浆减水率≥17.4%，固体含量27.6%，杭州肖山建虹生产。

2、水泥： P.042.5，科环水泥厂生产。主要指标：强度50.5MPa，安定性合格。

3、矿渣粉：日照华新型建材公司生产，主要指标：流动比100，活性指数R7为96.6%， R28为108.7%。

4、粉煤灰：Ⅱ级，江北金平生产。主要指标：需水比98，细度21.8%。

5、粗骨料：新欣石场生产，由70%的16-31.5mm与30%的5-20mm掺配而成的5-31.5mm连续级配颗粒，针片状颗粒含量为6.2%。

6、细集料：1）人工砂：由新欣石场生产。主要指标：细度模数3.0。

2）天然砂：河砂，广东产地。细度模数2.5左右。

3.2人工砂掺量选择

混凝土标号

人工砂掺量% 混合后砂细度模数

C30

35 2.6

C35

40 2.6

C40

45 2.7

上述的结果可以看出，混合后砂细度模数满足要求。但存在公称粒5.00mm累计筛余超标现象，需对砂率调整。经计算后调整砂率增加2%。

3.2试验结果

下表是对比试验结果及成本：

双惨1：萘系减水剂、矿物掺合料混凝土

双惨2：聚羧酸高效减水剂、矿物掺合料混凝土

三掺：聚羧酸高效减水剂、矿物掺合料、混合砂混凝土

从试验结果可以看出，三掺矿物掺合料混凝土、双掺2矿物掺合料混凝土及双掺1矿物掺合料混凝土它们的新拌混凝土工作流动、形态均好聚羧酸减水剂母液合成，强度较接近，但混凝土的成本差甚多。虽然天然砂坍落度及扩展度比混合砂稍好，但增砂率后基本能满足泵送混凝土要求。值得注意的是：在选择骨料特别是砂，它的细度模数的粗细尤其含泥量的大小对混凝土特别敏感。含泥量超过1%，强度就要大幅度下降，在生产过程中得以控制。较好的混凝土拌合物需要对聚羧酸高效减水剂的掺量选择，只要控制在外加剂饱和度附近时，混凝土拌合物才有最佳状态。

四、结论

推广混合砂使用，既保护生态破坏，又弥补了天然砂与人工砂的不足之处；混合掺配碎石弥补了间断碎石空隙大不足之处；加大废弃矿物掺合料使用，最大限度地减少水泥用量，减少生产水泥的副产品和粉尘排放。矿物掺合料弥补了新拌混凝土的工作性能，明显降低混凝土硬化阶段的水化热使用聚羧酸高效增塑剂、混合砂和矿物混合物进行混凝土测试，提高混凝土的后期强度。在使用时，在各级混凝土中掺相应的聚羧酸系高效减水剂量及混合砂量、混合碎石、矿物掺合料配置的混凝土具有良好的和易性，满足混凝土的施工要求。而且，节约了水泥，减少了环境污染，成为绿色高性能混凝土的代表材料。