HCSA膨脹劑摻量對大摻量粉煤灰混凝土抗壓強度和抗碳化性能影響的研究

侯芳芳　耿曉杰

摘 要：文章主要對HCSA膨脹劑的摻量對大摻量粉煤灰混凝土的抗壓強度和碳化深度進行了研究。結果表明：6%膨脹劑摻量的混凝土，28d齡期時，抗壓強度提高8MPa，碳化深度減小0.7mm，70d齡期時，抗壓強度提高12MPa，碳化深度減小1.7mm；10%膨脹劑摻量的混凝土內部結構已經被脹壞；膨脹劑摻量為6%的混凝土，隨著粉煤灰摻量的增大，抗壓強度逐漸減小，碳化深度逐漸增大，但與不摻膨脹劑的混凝土相比，抗壓強度和抗碳化能力顯著增強。

關鍵詞：HCSA膨脹劑；大摻量粉煤灰；抗壓強度；碳化深度

長期以來，國內外在混凝土中摻加大量的粉煤灰，絕大多數情況都是在早期強度要求不高的大體積混凝土中使用。水膠比的降低以及高效減水劑的使用雖然使得摻加粉煤灰的混凝土性能有很大改善，但對于提高大摻量粉煤灰混凝土的早期強度、早期的抗碳化性能及補償收縮方面，效果還是很有限。

我國膨脹劑的開發和應用已有20多年歷史，國內外很多學者對同時摻加膨脹劑和粉煤灰的混凝土也做了相關的研究，但大多數的研究都是針對混凝土的膨脹率、養護條件、補償收縮和水灰比等方面，對于膨脹劑對大摻量粉煤灰混凝土的抗壓強度和抗碳化性能方面的研究卻很少。

文章針對大摻量粉煤灰混凝土在使用過程中出現的早期強度低，收縮量大，早期結構疏松和抗碳化性能差等現象，研究摻加適量的膨脹劑對提高大摻量粉煤灰混凝土的抗壓強度和抗碳化能力的影響。

1 原材料及試驗方法

1.1 試驗用原材料

（1）水泥：采用北京金隅水泥廠生產的金隅牌 P.O.42.5水泥，品質符合GB175-99的規定，以下為該水泥相關的各項指標：

（2）粗骨料：碎石，最大粒徑為25mm，表觀密度為2650Kg/m3。

（3）細骨料：細度模數Mx=2.6，堆積密度1660Kg/m3，表觀密度2560Kg/m3，含泥量7.2%，空隙率42.9%。

（4）外加劑：采用萘系減水劑（固體含量為40%）。

（5）粉煤灰：采用Ⅱ級粉煤灰，細度11.2（45μm篩余量），需水量比102%，其化學成分見表2。

（6）膨脹劑：采用中國建筑材料科學研究總院研制、天津豹鳴股份有限公司生產的HCSA高效混凝土膨脹劑，性能符合現行國家行業標準JC476-2001《混凝土膨脹劑》。

1.2 試驗方法及混凝土的配合比

粉煤灰摻量（55%）和養護時間（7d）保持不變的條件下，試驗通過變化HCSA膨脹劑的摻量來研究膨脹劑的摻量對大摻量粉煤灰混凝土抗壓強度和碳化深度的影響，配合比如表3所示。其中養護7d是混凝土成型后，帶模濕養護7天。

2 驗結果與分析

2.1 HCSA膨脹劑的摻量對大摻量粉煤灰混凝土抗壓強度的影響

混凝土的抗壓強度隨HCSA膨脹劑的摻量和齡期變化曲線如圖1所示。從圖中可以看出，6%膨脹劑摻量的混凝土能明顯提高混凝土的抗壓強度。由表4可知，與不摻膨脹劑的混凝土相比，6%膨脹劑摻量的混凝土，7d齡期時，抗壓強度提高3MPa，14d齡期時，抗壓強度提高6MPa，28d齡期時，抗壓強度提高8MPa，70d齡期時，抗壓強度提高12MPa。這是由于膨脹劑的水化造成的，因此，摻加膨脹劑的混凝土強度要比不摻膨脹劑的高。（下轉第310頁）

由表4可知，10%膨脹劑摻量的混凝土7d抗壓強度要比不摻膨脹劑的低，且在帶模濕養護7d拆模時，由于模具的約束作用，很難拆模。這說明10%膨脹劑摻量的混凝土膨脹量過大而使混凝土內部結構被脹壞，因而沒有6%膨脹劑摻量的混凝土抗壓強度高。由此我們也可以看出，在該試驗條件下，膨脹劑的摻量不能超過10%。

2.2 HCSA膨脹劑的摻量對大摻量粉煤灰混凝土抗碳化性能的影響

圖2 HCSA摻量對大摻量粉煤灰混凝土碳化深度影響曲線

由圖2可以看出，大摻量粉煤灰混凝土中摻加膨脹劑可以提高混凝土的抗碳化能力。摻加6%的HCSA膨脹劑對改善大摻量粉煤灰混凝土的抗碳化能力有顯著效果，膨脹劑摻量為10%時，對大摻量粉煤灰混凝土的抗碳化能力的改善不是很明顯。28d之前碳化速率比較緩慢，28d之后碳化速率較快，70d齡期時，膨脹劑摻量分別為0%、6%、10%的混凝土碳化深度分別為5.7mm、4.0mm、5.2mm。原因可能是隨著膨脹劑摻量的增大，反應生成的鈣礬石也越來越多，很好的填充了混凝土結構的孔隙和空隙，抵消了混凝土硬化早期產生的體積收縮，減小了孔隙率，使得混凝土的結構更加密實，從而提高了混凝土的抗碳化能力，但當膨脹劑的摻量超過一定限度時，膨脹劑的膨脹作用就可能使混凝土結構疏松，內部產生細裂紋，嚴重的甚至將混凝土脹裂，從而使得很容易的就侵入到混凝土結構的內部，摻加10%膨脹劑的混凝土抗碳化能力低于6%膨脹劑摻量的混凝土可能就是這個原因，所以在實際工程中，要嚴格控制膨脹劑的摻量，并不是膨脹劑摻的越多越好。

3 結語

（1）摻加適量的HCSA膨脹劑能提高大摻量粉煤灰混凝土的抗壓強度和抗碳化能力。粉煤灰摻量為55%時，6%膨脹劑摻量的混凝土，28d齡期時，抗壓強度提高8MPa，碳化深度減小0.7mm，70d齡期時，抗壓強度提高12MPa，碳化深度減小1.7mm；10%膨脹劑摻量的混凝土內部結構已經被脹壞。

（2）粉煤灰摻量一定時，HCSA膨脹劑的摻入能顯著增強混凝土的抗壓強度和抗碳化能力。45%摻量的大摻量粉煤灰混凝土，抗壓強度增大4MPa，碳化深度減小0.8mm；55%摻量的大摻量粉煤灰混凝土，抗壓強度增大12MPa，碳化深度減小2mm。

參考文獻

[1] 朱登軍.大摻量粉煤灰的應用探討[J].冶金信息導刊，2002（04）：25-27.

[2] 趙順增，劉立.HCSA膨脹劑與化學外加劑、水泥的適應性研究[J].膨脹劑與膨脹混凝土，2006（02）：1-5.

[3] 李飛，覃維祖.HCSA膨脹劑在高摻量粉煤灰混凝土中作用效果的試驗研究[J].膨脹劑與膨脹混凝土，2009（02）：6-8.

[4] 李麗琴，陳麗麗.摻膨脹劑和礦物摻合料混凝土耐海水侵蝕性能的研究[J].新型建筑材料，2008（02）：7-10.

[5] 陶新明.摻膨脹劑水泥基膠凝材料膨脹率的影響因素[J].建筑材料，2009（05）：39-41.