董建伟 方光秀 王 霨 李兴源

(延边大学工学院土木工程专业，吉林 延吉 133002)

0 引言

自密实清水混凝土是既具有自密实混凝土的特点，又拥有清水饰面的绿色混凝土。然而自密实清水混凝土色彩单调，且关于自密实清水混凝土着色方面的研究甚少，所以本文就此方面展开研究。在颜料选择方面文献研究表明，混凝土制品着色一般选择无机金属氧化物颜料，在与其他无机氧化物颜料相比中，掺加铁红190的混凝土有着较高的抗压和抗折强度，所以选择铁红190颜料[1]。另外，本试验用到的外加剂的种类较多，外加剂的掺法对试验有较大影响。文献研究表明，在聚羧酸减水剂的先加消泡剂后加引气剂的复配工艺实验中，经“先消后引”复配工艺优化，所配制的混凝土可略提高流动性和后期强度，且外观性能大幅度改善[2]。也有研究表明，混凝土流动性大体趋势是先提高后降低的过程，这是因为消泡剂在较低范围内(1～2)混凝土工作性主要是由引气剂起主导作用，即引气量增大、混凝土的流动性提高。然而，当消泡剂提高至较高的量(4)时，起主导作用的变为消泡剂[3]。将消泡剂外涂于模具表面后，混凝土表面气孔数量减少76%～86%，大尺寸的气孔减小或消失，外涂的改善效果明显优于内掺[4]。本文以外加剂的掺法为变量，研究混凝土的工作性能和抗压性能。

1 试验方案设计

1.1 试验材料

新型自密实清水混凝土属于高性能混凝土，其对所需的原材料具有很高的要求。因此，在试验前需要对原材料性能进行了解，并确定最合适的混凝土原材料。

1)水泥：选用的是吉林省北方水泥公司生产的“庙岭”牌硅酸盐水泥，强度等级为42.5 MPa;

2)粗骨料：选用连续级配的碎石；

3)砂：吉林省延吉市的河砂，细度模数为2.6，级配范围为Ⅱ区;

4)粉煤灰：吉林省延吉市铁南供热公司生产的Ⅱ级粉煤灰;

5)减水剂：聚羧酸系减水剂，大川建材化工厂出品；

6)引气剂：含气量为3%～5%，莱阳宏祥建筑外加剂厂出品；

7)消泡剂：聚醚性有机硅消泡剂，莱阳宏祥建筑外加剂厂出品；

8)染色剂：铁红190颜料。

1.2 配合比设计

彩色自密实清水混凝土配合比设计相比普通混凝土配合比设计具有较大的不同点，普通混凝土设计以强度为主要指标，但彩色自密实清水混凝土设计时需着重考虑改善混凝土的内部结构，在确保强度的前提下，还要满足耐久性和高流态的工作性以及良好的表面外观等；本文混凝土配合比设计参照JGJ/T 283—2012自密实混凝土应用技术规程和JGJ 169—2009清水混凝土应用技术规程进行。

研究表明，大量掺加氧化铁颜料会降低混凝土的强度，氧化铁颜料在混凝土中的掺加量一般以水泥重量的3%～5%为宜。如果用户要求颜色特深，掺加量可增加到8%～10%，同时应掺加增强水泥强度的外加剂来保证混凝土强度不受影响。所以在配合比设计时我们取其中间值[2]，彩色自密实清水混凝土配合比如表1所示。

表1 彩色自密实清水混凝土试验配合比 kg

2 试验结果与分析

坍落度和扩展度按照GB/T 50080—2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准进行测定。混凝土的抗压强度按GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准的规定进行测定。D7组扩展度测量如图1所示，着色试块的试压如图2所示。

2.1 和易性分析

方案1选择了小粒径的石子,但是由于其比表观面积过大而导致包裹的水泥浆体不足使得出现成团的现象，并且坍落度几乎为零，扩展度几乎为零。

方案2选用大粒径石子进行试拌，没有出现浆体不足的情况，坍落度为255 mm，延展度563 mm，满足自密实混凝土的和易性要求。由于没有加入消泡剂，表面气孔的数量较多且气孔孔径较大。

方案3当引气剂和消泡剂均为内掺，使用聚羧酸系高效减水剂条件下，拌成的混凝土粘稠且流动性差、坍落度为190 mm而不达标、延展度为360 mm而也未达标。

方案4在不改变引气剂和消泡剂掺法掺量、不加铁红190颜料的情况下，试拌混凝土的坍落度为255 mm、延展度576 mm而均达到标准。得出结论为铁红190颜料对混凝土的和易性具有影响。

方案6在不改变水胶比和砂率的情况下，增加减水剂用量为0.3%。当引气剂内掺、外涂消泡剂，且增加聚羧酸系高效减水剂条件下，坍落度达到了273 mm、延展度达到620 mm，满足要求。

方案7采用“先消后引”复配法的掺外加剂方法，其配合比拌制的混凝土较其他配合比拌制的混凝土和易性更好。

D1～D7组混凝土的坍落度和扩展度的检测值如表2所示。

表2 坍落度和扩展度检测值 mm

2.2 抗压强度与龄期关系

利用数值分析origin软件将试件的抗压强度实测值与龄期进行拟合，D2～D4组试件、D5～D7组试件的抗压强度与龄期关系分别如图3,图4所示。

试块在室温(20±5)℃环境中放置24 h后脱模，拆模后的试件立即放在标准养护室内养护，养护龄期分别为7 d,28 d,56 d，采用10 000 N/s的加载速度测试混凝土试件的抗压强度。

由图3可知，因为试件D3掺加铁红190颜料，其抗压强度明显低于同养护条件和龄期下的未掺铁红190颜料的D2和D4组。其混凝土抗压强度与龄期关系的拟合方程分别为D2：y=34.94+0.233 78x，D3：y=20.60+ 0.334 36x,D4：y=34.41+0.222 59x。从增长趋势上看掺加铁红190颜料的D3组较未掺加铁红190颜料的D2,D4增长速率更快。

由图4可知，不同外加剂的掺法对混凝土的强度影响不同，D5组、D6组和D7组的拟合曲线方程分别为D5：y=18.60+0.342 86x,D6:y=22.10+0.309 85x，D7：y=22.50+0.323 17x。就外加剂掺法对强度的影响来看，“先消后引”法的配合比拌制的混凝土有着较高的强度和强度增长率。

3 结论

1)聚羧酸减水剂的先加消泡剂后加引气剂复配工艺与其他外加剂掺法相比，其配合比拌制混凝土的坍落度、扩展度和表观情况明显优于其他掺法的配合比拌制的混凝土。

2)掺加铁红190影响了混凝土的和易性，使得混凝土的坍落度、扩展度降低。掺加了水泥重量的5%铁红190颜料使得混凝土7 d，28 d，56 d抗压强度降低且低于设计值。

3)外涂消泡剂表观情况与内掺消泡剂相比，气孔的数目减少且气孔也较小。