Basf早强剂在C60商品混凝土中的试验研究
1.前言
早强剂是一种专门解决工程中需要尽快或尽早获得水泥混凝土强度问题的专用外加剂，尤其在负温、低温工程、道路桥梁及抢修、补强工程中有大量使用。
冬季施工时，由于环境气温低，在自然养护条件下，混凝土早期强度低，工程施工进度缓慢，一般来说，环境温度是6℃，混凝土达设计强度的70%需15d左右，而在夏季一般为5-8d，如遇寒流入侵，昼夜温差大，导致新浇筑的混凝土受早期冻害，其中水灰比较大及泌水量较多的混凝土所受冻害更为严重，合理有效使用混凝土早强剂能简便而有效地解决冬季施工过程中早期强度过低及混凝土受冻害等问题。
传统早强剂的品种有：强电解质无机盐类，如硫酸盐、硝酸盐、硅酸盐等；水溶性有机物如三乙醇胺、尿素、甲酸盐等；其他如有机化学成分、无极盐复合物等。
采用上述各类早强剂与普通减水剂、高效减水剂，可以复配制得早强型减水剂和早强型高效减水剂。
现在灌注混凝土一般采用商品混凝土，混凝土搅拌站距离施工工地一般都有一段较长的距离，而商品混凝土在运输过程中都存在程度不同的坍落度损失，如何保证混凝土的坍落度，如何减少运输过程中的坍落度损失成为一个重要的研究课题。
Basf早强剂是一种CSH纳米级晶种类新型早强剂，本课题选用Basf早强剂与聚羧酸盐减水剂复配，并与普通早强减水剂做对比试验，研究其对新拌混凝土工作性能的影响，和在低温养护条件下对C60混凝土力学性能的影响。
2.原材料及配合比设计
水泥（金峰P.O52.5）、水、砂子、石子、矿粉、德国进口Basf早强剂、LX-4型早强减水剂、聚羧酸盐减水剂。
试验器材：坍落筒、钢制捣棒、铲子、钢尺、台称、量筒、振动台、搅拌机、100mm×100mm×100mm模具等。
表1 混凝土配合比（m3）
混凝土等级W/C 水泥/kg 矿粉/kg 砂/kg 石/kg 水/L C60 0.28 410 120 70 1080 149
依照表1中的混凝土配合比为基准，在混凝土拌合物中添加聚羧酸盐减水
剂，记录混凝土坍落度值处于150±30mm时的减水剂用量。
3.试验方法与试验结果
3.1坍落度试验
坍落度试验所用仪器：坍落筒、钢制捣棒、铲子、钢尺，带盖子的桶等。
测定新拌混凝土拌合物的坍落度，既检验其稠度，可评定其工作性是否符合要求。
坍落度试验步骤：使用坍落筒测出其坍落度，具体步骤见普通混凝土拌合物性能试验方法标准（GB/T50080—2002）。
对本次设计的泵送工艺施工的混凝土做坍落度损失的试验。
在混凝土出搅拌机时测量一次，装入中转箱盖上盖子后放在室外30min后在实验室测量其30min坍落度，再次装入中转箱盖上盖子后放在室外30min皇后测量其60min坍落度，并计算出坍落度损失。
每组试验原料取用量见表2，测出的坍落度数据记录在表3。
并选出符合泵送施工的C60混凝土配合比，配制混凝土进行强度测试，确定其是否能达到设计强度。
试验采用100mm×100mm×100mm模具，体积为1L，按照混凝土配合比设计计算出每个模具中需要各原料用量为：
编号减水剂掺
量/% 早强剂掺
量/%
早强剂
/g
水泥/g 矿粉/g 砂子/g 石子/g 用水量
/ml
B6 0 0 0 410 120 720 1080 149 B6-0 1.3 0 0 410 120 720 1080 149 B6-7 1.3 7 44.1 410 120 720 1080 115 B6-11 1.3 11 58.4 410 120 720 1080 97.5 L6-2.2 --- 2.2 11.7 410 120 720 1080 137 (注：编号B6表示不加任何外加剂的C60混凝土，编号B6-X表示加减水剂和X%
掺量的Basf早强剂的C60混凝土，编号L6-2.2表示加2.2%掺量的LX-4早强减水剂的C60混凝土)
表3 混凝土坍落度值
编号早强剂掺量
/C*%
[坍落度/mm]/坍落度损失率
0min 30min 60min
B6 0 20 --- ---
B6-0 0 230 220/4.3% 200/13.0% B6-7 7 230 210/8.7% 200/13.0% B6-11 11 240 230/4.2% 210/12.5%
L6-2.2 2.2 20 --- ---
图2坍落度损失
由图2和表2，3可知，掺有11%Basf早强剂的混凝土初始坍落度最大，达240MPa，Basf早强剂不同掺量下的C60混凝土30min坍落度损失率都很小，不到10%，60min坍落度损失率基本达到相同值13%，在相同水灰比的情况下，未掺入任何外加剂的混凝土和掺入2.2%LX-4早强减水剂的混凝土流动度差，初始坍落度值只有20MPa。
3.2混凝土力学性能试验
混凝土力学性能试验：不同早强剂以及不同早强剂掺量混凝土抗压强度试验步骤按照普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T50081—2002）进行，采用100mm×100mm×100mm模具，数据记录在表4、表5。
需要进行混凝土抗压强度测试的是满足泵送施工工艺的混凝土以及振捣工艺施工的不同外加剂掺量的混凝土。
表4 抗压强度
试件编号龄期/d
抗压强度/MPa 算术平均
值/MPa
强度平均
值/MPa
1 1 3
B6 1 25.3 22.8 24.9 24.3 24.3
2 --- --- --- --- ---
3 46.8 48.3 44.7 46.6 46.6 7 --- --- --- --- ---
B6-0 1 21.4 20.9 20.5 20.9 20.9
2 --- --- --- --- ---
3 53.6 51.3 50.
4 51.8 51.8 7 --- --- --- --- ---
B6-7 1 34.2 31.5 32.5 32.7 32.7
2 46.
3 42.2 47.1 45.2 45.2
3 49.5 50.6 53.0 51.0 51.0 7 66.9 67.5 66.5 67.0 67.0
B6-11 1 38.7 41.3 41.2 40.4 40.4
2 54.0 54.9 53.8 54.
3 54.3
3 59.0 52.7 61.8 57.8 57.8 7 71.5 67.2 73.0 70.6 70.6
L6-2.2 1 --- --- --- --- ---
2 --- --- --- --- ---
3 52.6 53.7 43.7 52.6 52.6 7 57.0 70.5 60.5 62.6 62.6
混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1MPa。
强度值的确定应符合下列规定:三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值( 精确到0.1MPa) ；三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值；如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。
表5不同龄期混凝土抗压强度
编号早强剂掺量
/C*%
平均抗压强度/MPa
1 2 3 7
B6 0 24.3 --- 46.6 --- B6-0 0 20.9 --- 51.8 --- B6-7 7 32.7 45.2 51.0 67.0 B6-11 11 40.4 54.3 57.8 70.6 L6-2.2 2.2 --- --- 52.6 62.6
图3 不同掺量Basf与同掺量聚羧酸盐减水剂复配混凝土1，3d抗压强度
由图3可知，随着Basf早强剂掺量的增加，混凝土1，3d抗压强度也随之提高。
掺7%Basf早强剂与同掺量聚羧酸盐减水剂复配的混凝3d强度和只掺加聚羧酸盐减水剂的混凝土3d强度基本相同，但只掺加聚羧酸盐减水剂的混凝土1d 强度较低，只有20.9MPa，掺入7%Basf早强剂的混凝土1d强度能达到32.7MPa。
说明Basf早强剂能显著提高1d强度，而7%掺量下3d强度提高不明显。
图4 不同掺量Basf与同掺量聚羧酸盐减水剂复配混凝土1，2，3，7天抗压强度
由图4可知，在与聚羧酸盐减水剂复配时，掺入11%Basf早强剂的混凝土比掺入7%Basf早强剂的混凝土同龄期抗压强度都要高，但掺入7%Basf早强剂的混凝土7d强度已能达到67.0MPa，与掺入11%Basf早强剂的混凝土7d强度相差
3.6MPa。
7%掺量已经能达到C60混凝土强度要求，考虑到节约成本，7%更为经济实用。
4.结语
由上述数据结合试验实际情况可知，Basf早强剂与聚羧酸盐减水剂复配相容性好，在Basf早强剂不同掺量与同掺量聚羧酸盐减水剂复配的试验中，新拌混凝土的流动性好，保水性好，但掺合料中加有矿粉，胶凝材料比例大，混凝土粘性大，可泵性差，不符合泵送混凝土的技术要求。
在混凝土力学性能试验中，与同掺量聚羧酸盐减水剂复配的条件下，随着Basf早强剂掺量的增加，混凝土1，3d抗压强度也随之提高。
只掺加聚羧酸盐减水剂的混凝土1d强度只有20.9MPa，掺入7%Basf早强剂的混凝土1d强度能达到32.7MPa。
掺入7%Basf早强剂的混凝土7d强度已能达到67.0MPa，与掺入11%Basf早强剂的混凝土7d强度相差3.6MPa。
综合考虑经济效益和混凝土质量要求，Basf早强剂7%掺量为较合适掺量。