增效剂对中低强度等级混凝土性能的影响

张璇，刘娟红

（北京科技大学土木与环境工程学院，北京　100083）

增效剂对中低强度等级混凝土性能的影响

张璇，刘娟红

（北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083）

本文研究了 CTF 和 LSY 增效剂对中低强度等级混凝土性能的影响及其作用机理。通过水泥净浆流动度、粘度试验，水泥胶砂强度试验确定 CTF 和 LSY 的最佳掺量为胶凝材料的 0.6%。在此基础上进行了一系列混凝土性能试验，结果显示：CTF 和 LSY 增效剂提高了混凝土的扩展度和流动性，改善了混凝土的工作性能；提高了混凝土的抗压强度，在一定程度上改善了混凝土的力学性能；对混凝土的耐久性没有不利影响。并采用压汞法观察混凝土内部孔结构，发现：CTF 和 LSY 增效剂很大程度上降低了混凝土内部的孔面积和孔隙率。

增效剂；中低强度混凝土；微观性能

0　前言

我国的基础建设和国民经济发展迅速，对混凝土的需求量逐年上升，同时在环境保护方面对建筑行业提出了更高的要求：减少水泥的使用量，最大限度利用矿物掺合料，提高混凝土的质量与性能等。其中改善和调节混凝土性能的混凝土外加剂领域开启了大量、全方位、多用途的研究，在减水剂、早强剂、缓凝剂等各类外加剂出现之后，CTF 和 LSY 增效剂作为一种新型水泥混凝土外加剂出现在市场上，应用于混凝土中可以有效改善拌合物的粘聚性和粘结力，降低各组分之间的分离趋势，提高均质性，改善泌水离析现象，增强混凝土的综合性能，有着广泛的研究空间和可以预期的应用前景。刘道胜[1]研究表明，CTF 增效剂使 C30 强度等级混凝土扩展度、坍落度分别增加 50mm、40mm，抗压强度值提高10.1MPa。常海燕[2]的研究结果表明 CTF 的使用可以节约水泥用量，具有客观的经济效益和环保效益，值得在行业内推广应用。目前大量的研究人员对 CTF 增效剂在商品混凝土中的应用、在高强混凝土试验中的应用展开了较多的试验研究与分析[3-9]，对我们进行 CTF 和 LSY 增效剂的深入研究提供了宝贵的建议与资料。

本文使用 CTF 增效剂和 LSY 增效剂，针对 C15～C30 不同中低强度等级混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能完成了较全面的试验研究，探索 CTF 和 LSY 两种增效剂对混凝土性能的影响。最后，对混凝土的微观结构进行了研究分析，探讨了宏观影响背后的微观机制，展示了使用增效剂后的混凝土内部微观结构的变化。

1　原材料和试验方法

1.1原材料

（1）水泥（C1）：北京金隅股份有限公司生产的P·O42.5 水泥，主要物理性能指标见表 1。

表1　水泥的物理力学性能指标

（2）粉煤灰（Fa）：II 级粉煤灰，细度 45μm，筛余13.2%，需水量比为 102%，烧失量 5.65%。

（3）矿粉（KF）：首钢嘉华公司生产的 S95 型磨细矿渣，密度为 2.8kg/m3，7d 抗压强度比为 76%，28d 抗压强度比为 96%。

（4）外加剂：增效剂，CTF 浓度为 6%，LSY 浓度为6%，掺量均为胶凝材料的 0.6%；FDN 萘系减水剂，含固量35%。

（5）砂子（S）：三河市机制粗砂，5～20mm 连续级配，堆积密度 1663kg/m3，表观密度 2550kg/m3，含泥量6.3%，细度模数 3.5。

（6）碎石（G）：三河市机制石，粒径 19.0～26.5mm的大石子，表观密度 2714kg/m3，空隙率 42.84%；粒径 4.7～9.5mm 的小石子，表观密度 2706kg/m3，空隙率39.53%。

1.2试验方法

混凝土工作性能按 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行，混凝土力学性能按GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，混凝土耐久性能按 GB/T 50082－2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，硫酸盐侵蚀试验是将相同试块分别放入清水与硫酸钠中，观测混凝土质量损失并测其抗压强度。

采用压汞法观测混凝土内部孔结构。

2　试验结果与分析

2.1CTF 和 LSY 增效剂对混凝土性能的影响

将掺加 CTF 和 LSY 增效剂的混凝土与不加入增效剂的空白组混凝土进行试验对比，研究和探讨增效剂对中低强度等级混凝土性能的影响。

试验采用 C10～C30 五种强度等级混凝土（C10 和 C15配合比一样，故为同一组），每种等级混凝土分别做三组对比试验，一组是对照组，另外两组分别掺加 CTF 和 LSY 增效剂。具体试验室配合比见表 2。

表2　混凝土配合比　　　　　　　kg/m3

2.1.1混凝土工作性能

根据规范对搅拌均匀后的混凝土进行坍落度和扩展度试验，结果见图 1 和图 2。

图1　不同等级强度混凝土的坍落度变化

图2　不同等级强度混凝土的扩展度变化

图 1 反映 CTF 和 LSY 增效剂增大了 C10～C15 和 C20 强度等级混凝土的坍落度，图 2 表明二者提高了 C10～C30 强度等级混凝土的扩展度，证明 CTF 和 LSY 能很好的改善混凝土的工作性能，使新拌混凝土的坍落度和扩展度相对于空白组而言都有不同程度的增加，坍落度基本都在 210mm 以上，而扩展度基本都在 400mm 以上。

这是由于混凝土增效剂是一种以聚合物为主体的表面活性剂，具有一定的分散性能，可以提高水泥颗粒及矿物掺合料的分散性能，提高混凝土拌合物的均质性及和易性。所以掺有混凝土增效剂的新拌混凝土的表观浆体增多，浆体的包裹性明显变好，抗泌水能力提高，泵送摩擦力减小[3]。

2.1.2混凝土力学性能

分别测定上述 12 组混凝土试块 3d、7d、28d、56d、90d的抗压强度，见表 3。

表3　混凝土的力学性能

从表 3 试验数据可以看到，C10～C30 不同强度等级混凝土试块掺入增效剂后强度均有不同程度的提高，其中 28d 测抗压强度，C10～C15 等级中的空白组、CTF 组和 LSY 组的强度分别为 14.5MPa、16.2MPa 和 21.6MPa；C20 等级中的空白组、CTF 组和 LSY 组的强度分别为 28.8MPa、32.4MPa 和34.0MPa；C25 和 C30 等级中的各组强度同样呈现加入增效剂后强度明显提高的现象。可以证明：CTF 和 LSY 增效剂的添加可以有效提高中低强度等级混凝土的抗压强度，就后期强度而言，每个强度等级下的 56d 强度和 90d 强度都在继续增长，涨幅可达到 50%。混凝土增效剂通过促进较难水化矿物的水化，提高水泥矿物的水化程度，增加凝胶体数量，提高混凝土的密实程度，从而提高混凝土各龄期强度[3]。

2.1.3混凝土的耐久性能

通过测定在一定浓度的 CO2气体介质中混凝土试件的碳化深度，进而评定混凝土的抗碳化能力。在GB/T 50082－2009 标准规定条件下碳化 28d 后混凝土的碳化深度见表 4。

对于中低强度等级混凝土 C10～C30，碳化深度随强度等级的升高而降低。其中，不同强度等级下，加入 CTF 和 LSY增效剂的组别比空白组碳化深度降低了 1 到 5 个单位不等，例如 C10～C15 等级下，空白组的碳化深度为 20mm，加入CTF 和 LSY 的碳化深度分别为 18mm 和 15mm。可以证明：同一强度等级下，加入 CTF 和 LSY 增效剂的组别明显比空白组碳化深度低，即 CTF 和 LSY 增效剂提高了混凝土的抗碳化能力。

表4　混凝土的碳化深度

氯离子的渗透性是反映混凝土孔隙率大小与孔隙结构的指标，是混凝土耐久性的重要指标，通过实测氯离子浓度和扩散深度的关系曲线，根据 Fick 定律拟合得到氯离子的扩散系数。试验测定了混凝土试块的 28d 氯离子扩散系数和 90d氯离子扩散系数，混凝土渗透性评价见表 5。

表5　混凝土氯离子扩散系数及渗透性评价

由表 5 可以看出，在氯离子渗透试验中，无论是养护 28d 还是 90d 的混凝土试块，其氯离子扩散系数都在100～500×10-14m2/s之间，渗透性评价均为中等。氯离子扩散系数较为接近，标养 90d 的扩散系数小于标养 28d 的，这是由于混凝土中的未完全水化的水泥颗粒继续水化，使混凝土内部更加密实，氯离子难以进入的结果。说明增效剂对混凝土氯离子渗透性没有不利影响。

我国大部分地区普遍存在硫酸盐腐蚀，对不同强度等级混凝土进行硫酸盐腐蚀试验，将标养 56d 的试块分别放入清水和质量分数为 5% 的 Na2SO4溶液中浸泡 60d，通过对比研究 CTF 和 LSY 增效剂是否会影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。质量损失和强度变化见表 6。

表6 试块浸泡在水中和 Na2SO4溶液中的质量损失和强度对比

试块质量和强度的变化规律为：无论在清水还是硫酸盐溶液中，试块质量都有小幅增加，主要因为混凝土中的未完全水化的水泥颗粒继续水化，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶产物的等原因。然而由于浸泡的时间仅为 60d，混凝土试块还没有因表面腐蚀而膨胀脱落。若继续浸泡至 120d，混凝土将会发生体积膨胀、表面物质腐蚀脱落、强度降低的现象。本试验中，在质量基本不变的情况下，硫酸钠溶液中的混凝土试块由于受到腐蚀比清水中的试块的强度略有降低，而在硫酸钠溶液中加入 CTF 和 LSY 增效剂组别的强度与空白组的强度持平，略有提高，相差不大。故 CTF 和 LSY 增效剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能并无不利影响。

2.2增效剂对混凝土孔结构的影响

试验检测了 C25 基准配比及 C25 掺 CTF、LSY 增效剂的三种混凝土 28d 龄期的孔结构，试验结果见表 7。

表7　C25混凝土28d压汞试验数据

掺 CTF 增效剂的 C25 混凝土 28d 龄期时的总孔面积、平均孔径、孔隙率均小于 C25 空白对照组。总孔面积由24.089m2/g 降到 13.597m2/g，平均孔径减小的不多，孔隙率由15.54% 降到 11.75%。而掺 LSY 混凝土增效剂的 C25 混凝土28d 龄期时的总孔面积、平均孔径、孔隙率也都小于 C25 基准组。总孔面积由 24.089m2/g 降到 15.616m2/g，平均孔径由18.2nm 降到 15.4nm，孔隙率由 15.54% 降至 11.25%。总而言之，CTF 和 LSY 增效剂很大程度上降低了混凝土内部的孔面积和孔隙率。

综上所述，掺 CTF 和 LSY 增效剂后，混凝土的孔隙率降低，孔隙得到细化，使硬化浆体的密实度提高，从而混凝土的强度也得到提高，这是混凝土力学性能得到改善的根本原因。

3　结论

（1）在 CTF 和 LSY 掺量为 0.6% 的情况下，CTF 和LSY 增效剂对混凝土的工作性能都有所改善，坍落度和扩展度都比空白组的要大一些，混凝土的和易性更好。

（2）加入增效剂组的混凝土强度均高于空白组的强度，就后期强度而言，加入增效剂后混凝土的 56d、90d 强度仍有所增长，即增效剂不会影响混凝土后期强度的发展。

（3）选用标养 28d 的混凝土试块做碳化试验，碳化深度随强度等级升高而降低，同一强度等级下的三组试块的碳化深度都处在一个级别，加入增效剂的碳化深度略有降低。总体来看，增效剂不会影响混凝土的抗碳化性能。

（4）混凝土抗氯离子渗透性能试验中，采用了标养 28d和 90d 的试块进行试验，结果表明：各组之间扩散系数相差不大，渗透性评价基本一致，可以证明增效剂对混凝土氯离子渗透性没有不利影响。

（5）在抗硫酸盐侵蚀的试验中，试块浸泡时间为 60d，时间较短。浸泡前后质量变化不大，浸泡硫酸盐试块的抗压强度略低于清水的，但纵向比较的话，加入增效剂组别的抗压强度和空白组的强度没有太大差别，即增效剂不会影响混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。

（6）孔结构试验表明：加入增效剂后，混凝土的总孔面积、平均孔径、孔隙率均小于空白组。

[1] 刘道胜．CTF 增效剂在商品混凝土中的应用性能研究[J]．重庆大学，2012．

[2] 常海燕．掺有“CTF 混凝土增效剂”混凝土的性能评价[J]．商品混凝土，2011,(3)：37-39．

[3] 刘娟红，文烨．LSY 混凝土增效剂对水泥基材料性能影响的研究[J]．混凝土世界，2012 (12)：72-76．

[4] 郭京育，郭延辉．混凝土外加剂及其应用技术新进展[M].北京：北京理工大学出版社，2009．

[5] 许富，杨元霞．CTF 混凝土增效剂对纯水泥砂浆性能的影响[J]．商品混凝土，2011(01)；48-51+54．

[6] 李青川，陈洪韬，陈向荣，等．CTF 混凝土增效剂对混凝土抗渗性能的影响[J]．商品混凝土，2011(03)：41-43．

[7] 李恒峰，徐川，唐修军，等．CTF 混凝土增效剂在 C50 预应力桥梁中的应用[J]．商品混凝土，2011(07)：71-72．

[8] 刘世涛，李树亮．三例商品混凝土质量事故原因及对策[J].商品混凝土，2011(07) ：66．

[9] 周兴旺．CTF 混凝土增效剂在自密实混凝土中的应用[J]．商品混凝土，2011(08)：51-52．

[10] 黄清林，蒋卉．CTF 混凝土增效剂在机制砂混凝土中的应用[J]．商品混凝土，2011(12)：60-61．

［通讯地址］北京市海淀区学院路30号（100083）

张璇，女，北京科技大学硕士研究生。