透水混凝土外加剂的配方（中交路桥浅谈掺膨胀剂与减水剂水工混凝土性能研究）

1　试验方法

1.1　原材料

本试验选用天瑞P·O42.5级水泥，绥中电厂生产的F类Ⅱ级粉煤灰，细度模数2.6的天然河砂和粒径5～25mm的石灰岩碎石，聚羧酸高效减水剂及MPC聚合物纤维膨胀剂，拌合水用当地自来水。经试验检测，水泥的表观密度3100kg/m3，比表面积368kg/m2，初、终凝时间180min和305min，28d抗折和抗压强度7.7MPa、46.2MPa；粉煤灰28d强度活性指数85%，烧失量5.2%，比表面积420kg/m2；粗、细集料的表观密度2720kg/m3和2660kg/m3，堆积密度1820kg/m3和1700kg/m3，含水率0.8%和1.0%，碱含量0.11%与0.20%；减水剂的固含量25%，减水率28.2%；膨胀剂碱含量0.5%，比表面积285kg/m2，MgO含量3.1%。

1.2　试验配合比

充分考虑试验所用各原材料性能指标合理设计配合比，固定水胶比0.3和粉煤灰掺量20%不变，调整7%、8%、9%、10%膨胀剂掺量和0.6%、0.8%、1.0%、1.2%减水剂掺量，研究两者复掺情况下对抗压抗侵蚀、抗碳化、抗冻性能及抗压强度的影响，确定两者的最优复掺比例，试验配合比如表1。

1.3　试验方案

抗压强度测试。抗压强度参照《水工混凝土试验规程》进行测试，成型试件为边长100mm的立方体，控制加载速率0.6mPa/s，将试验数据乘以折算系数0.95作为最终的强度值。

抗冻性测试。采用快冻法测定水工混凝土抗冻性能，将标养24d的试件完全浸入到温度（20±2）℃的水中，浸泡4ｄ以保证混凝土处于饱水状态，测试水工混凝土冻融循环150次时的质量及强度。

抗碳化性测试。将标养26d的试件放入温度60℃的烘移入温度（20±2）℃、相对湿度（80±5）%、CO2浓度（20±2）%的碳化箱内加速碳化，为保证四周能够均匀碳化相邻试件之间的距离不低于50mm。碳化至28d龄期时，在新破型的试件表面喷涂1%酒精酚酞试剂，其中变成紫色区域代表没有发生碳化，保持未着色区域代表发生碳化，然后沿破碎表面边缘均匀选择10个测点，通过测定未着色区域平均宽度作为混凝土碳化深度。

抗硫酸盐侵蚀测试。先将标养26d的试件放入温度（80±2）℃的烘箱内烘干2d，然后浸入5%Na2SO4侵蚀溶液中进行干湿循环试验，每干湿循环15次测定一次抗压强度损失率。

2　试验结果与分析

2.1　抗压强度

为对比分析水工混凝土抗压强度受膨胀剂及减水剂的影响规律，结合试验数据绘制28d龄期强度的变化曲线如图1。

从图1可以看出，固定减水剂掺量不变时，随着膨胀剂掺量的增加试件抗压强度表现出先上升后下降的变化趋势，这是因为混凝土中掺入适量的膨胀剂有利于增大其密实度，但是掺量过高反而会破坏整体致密性，在一定程度上降低抗压强度，研究表明膨胀剂存在最佳的掺量区间。掺7%～8%膨胀剂时，随减水剂掺量的提升试件强度表现出先增大后减小的变化特征，掺9%～10%膨胀剂时，试件抗压强度表现出先下降后上升的变化趋势，究其原因是掺入适量的减水剂有利于促进水泥水化，但是掺量过高会产生多余孔隙，在一定程度上降低抗压强度，研究表明减水剂也存在最佳的掺量区间。综上分析，为了使得水工混凝土力学性能最优，在复掺外加剂时推荐膨胀剂掺量为8%，推荐减水剂掺量为1.0%。

2.2　抗碳化性能

为对比分析水工混凝土抗碳化性能受膨胀剂及减水剂的影响规律，结合试验数据绘制出碳化时间28ｄ的碳化深度变化曲线如图2。

从图2可以看出，固定减水剂掺量不变时，随着膨胀剂掺量的增加试件碳化深度表现出先下降后上升的变化趋势，这是因为混凝土中掺入适量的膨胀剂能够发挥一定的收缩补偿作用，有利于抑制裂缝的形成与扩展，提高混凝土密实度，使得碳化深度有所下降，但是掺量过高反而会破坏混凝土内部结构，二氧化碳更易渗入内部，使得碳化深度有所增加，这表明膨胀剂存在最佳的掺量区间。固定膨胀剂掺量不变时，随减水剂掺量的增加试件碳化深度表现出先下降后上升的变化趋势，这是因为掺入适量的减水剂有利于促进水泥水化，提高整体密实度，二氧化碳的渗透难度提高，相应的碳化深度有所减小，但是随着CO2的不断侵蚀后期混凝土的抗碳化性能逐渐降低，试验表明减水剂也存在最佳的掺量区间。综上分析，为了使得水工混凝土的抗碳化效应最优，在复掺外加剂时推荐膨胀剂掺量为8%，推荐减水剂掺量为1.0%。

2.3　抗冻性能

为对比分析水工混凝土抗冻性能受膨胀剂及减水剂的影响规律，结合试验数据绘制冻融循环150次的质量损失率变化曲线如图3。

从图3可以看出，固定减水剂掺量不变时，随着膨胀剂掺量的增加试件质量损失率表现出先下降后上升的变化趋势，这是因为混凝土中掺入适量的膨胀剂有利于减小内部孔隙，对外界水分的渗入具有抑制作用，但掺量过高反而会提高内部孔隙率，在一定程度上降低抗冻性能。固定膨胀剂掺量不变时，随减水剂掺量的增加试件质量损失率表现出先下降后上升的变化趋势，这是因为掺入适量的减水剂有利于减少拌合用水量和降低冻融损伤破坏，但掺量过高会产生多余孔隙，外界水分更易渗入混凝土内部，使其抗冻性能有所下降，说明减水剂也存在最佳的掺量区间。综上分析，为了使得水工混凝土抗冻性能最优，在复掺外加剂时推荐膨胀剂掺量为8%，推荐减水剂掺量为1.0%。

2.4　抗侵蚀性能

为对比分析水工混凝土抗侵蚀性能受膨胀剂及减水剂的影响规律，并结合试验数据绘制干湿循环60次的抗压强度乃是系数变化曲线如图4。

从图4可以看出，固定减水剂掺量不变时，随膨胀剂掺量的增加试件抗压强度耐蚀系数整体表现出先上升后下降的变化趋势，这是因为混凝土中掺入适量的膨胀剂能够收缩补偿，有利于抑制裂缝的形成与扩展，但随着时间的延长硫酸盐离子逐渐向混凝土内部渗入，后期的抗硫酸盐侵蚀能力有所下降。固定膨胀剂掺量不变时，随减水剂掺量的增加试件抗压强度耐蚀系数整体表现出上升趋势，这是因为掺入适量的减水剂有利于促进水泥水化，有效增强整体抗硫酸盐侵蚀能力。综上分析，为了使得水工混凝土的抗硫酸盐侵蚀效应最优，在复掺外加剂时推荐膨胀剂掺量为8%，推荐减水剂掺量为1.0%。

3　结语

本文试验探讨了7%、8%、9%、10%膨胀剂和0.6%、0.8%、1.0%、1.2%减水剂复掺对水工混凝土耐久性能及抗压强度的影响特征，主要结论如下：

（1）固定减水剂掺量不变时，掺8%膨胀剂的水工混凝土耐蚀系数和抗压强度较高，而质量损失率和碳化深度相对较小，掺膨胀剂具有明显改善效果；膨胀剂掺量达到8%以上时，进一步增大膨胀剂掺量对改善混凝土性能效果不大，这表明掺8%膨胀剂的混凝土综合性能较优。

（2）固定膨胀剂掺量不变时，掺1.0%减水剂的水工混凝土耐蚀系数和抗压强度较高，而质量损失率和碳化深度相对较小，掺减水剂具有明显改善效果，这表明掺1.0%减水剂水工混凝土的综合性能较优。

（3）为了使得水工混凝土的耐久性能和力学性能最优，在复掺外加剂时推荐膨胀剂掺量为8%和减水剂掺量为1.0%。