左彥峰，郭群，錢峰，馬旺坤，王曉芳

（1. 建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100024；2.安徽京工建新型建筑材料有限公司，合肥 231633；3.烏蘭察布市集林區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，烏蘭察布 012000）

混凝土減膠劑的性能與機(jī)理研究

左彥峰1，郭群1，錢峰2，馬旺坤1，王曉芳3

（1. 建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100024；2.安徽京工建新型建筑材料有限公司，合肥 231633；3.烏蘭察布市集林區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，烏蘭察布 012000）

本文通過膠砂試驗(yàn)、砂漿流動度以及混凝土試驗(yàn)，得出以下結(jié)論，混凝土減膠劑的摻量范圍為 0.15%～0.35%，可有效降低 10% 左右的水泥用量，其與萘系和聚羧酸系減水劑相容性良好，該劑幾乎沒有減水率，具有一定引氣和緩凝效果、對混凝土早期和后期抗壓強(qiáng)度均有較大的提高，幾乎不含氯離子等混凝土有害成分。同時(shí)，本文采用 XRD、DSC/TG 以及 MIP 等方法對該外加劑的機(jī)理進(jìn)行了分析，認(rèn)為，減膠劑對水化產(chǎn)物的類型不產(chǎn)生影響，促進(jìn)了早期結(jié)晶程度不高的 CH 的形成，改善了硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)，降低了中間孔數(shù)量，提高漿體抗?jié)B性；增加了凝膠孔數(shù)量，提高了 CSH 凝膠的數(shù)量?；炷翜p膠劑在工程中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果。

混凝土；減膠劑；水泥；外加劑；機(jī)理

0 前言

近年來，我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，建筑規(guī)模前所未有。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012 年我國水泥產(chǎn)量為 22 億噸，按 400kg/m3折算，約折合混凝土 55 億方，居世界第一。此外，建筑要求對混凝土這種建筑材料性能的要求也越來越高，例如要求高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性等。

我國在經(jīng)濟(jì)上存在城鄉(xiāng)差異和東西差距巨大的特點(diǎn)，這也意味著建筑市場的巨大潛力，同時(shí)也表明水泥、混凝土的巨大需求。水泥產(chǎn)業(yè)的是一個(gè)高能耗、高資源消耗和高污染性產(chǎn)業(yè)。為保證建筑業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，有必要通過各種方法，在保證混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、耐久性的前提下，有效降低單方混凝土中水泥的用量[3-4]。

工程實(shí)踐表明，混凝土減膠劑（JGJ）可以有效降低單方混凝土水泥的用量，而不降低混凝土的各項(xiàng)性能。本文對混凝土減膠劑的性能與機(jī)理進(jìn)行了研究和探討。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：基準(zhǔn)水泥。

粉煤灰：Ⅱ 級，華能。磨細(xì)礦渣：S95，首鋼。

外加劑：混凝土減膠劑（液體），聚羧酸系減水劑（自產(chǎn)，含固量 20%），萘系減水劑（粉劑，建愷）。

砂：二區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.7。

石子：最大粒徑 25mm。

水：潔凈自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）混凝土試驗(yàn)

采用 GB8076—2008《混凝土外加劑》技術(shù)指標(biāo)測定減膠劑的減水率、含氣量、泌水率比、凝結(jié)時(shí)間、28d 收縮率比、相對耐久性（200 次）、抗壓強(qiáng)度比。試驗(yàn)溫度為(20±2)℃。

（2）氯離子含量和總堿含量

按照 GB/T8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)。

（3）膠砂強(qiáng)度

按照 GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（ISO法）規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)。

（4）砂漿流動度

采用工程實(shí)際用 C30 混凝土中的砂漿配比，見表1。

表1 砂漿配合比 kg/m3

（5） 微觀試驗(yàn)樣品的制備

在水泥凈漿攪拌機(jī)中攪拌水泥漿體，攪拌 3min，水灰比為 0.50，將之置入 (60×60×60)mm3試模中，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至 3d、14d、28d。取出試樣，去除試塊表面的水泥表皮，采用內(nèi)芯作為待測樣品。并置入無水乙醇中，終止水化，待測。

（6）XRD

采用 D8 ADVANCE（德國布魯克）X 射線衍射儀對試樣對試樣在 5～70°進(jìn)行掃描，步長為 0.02°，加速電壓為40kV，電流 40mA，銅靶。

（7）DSC/TG

采用 NETZSCH STA—449C 綜合熱分析儀對試樣進(jìn)行測定。升溫速率為 20℃/min, 保護(hù)氣體為 N2。升溫程序?yàn)?，?5℃ 以 20℃/min 升溫至 50℃，保溫 30min，以除去殘留的自由水；然后開始熱分析試驗(yàn)，以同樣的升溫速率升至 1000℃左右。

（8）MIP

美國產(chǎn) Micromeritics AutoPore III 水銀測孔儀。 汞壓力范圍為 0～55000psia。樣品破碎為 2.5～5mm，干燥后測定。

2 混凝土減膠劑的性能研究

2.1減 膠劑摻量對膠砂強(qiáng)度的影響

采用了膠砂強(qiáng)度的方法對減膠劑的摻量范圍進(jìn)行確定。見圖 1。從圖 1 中可知，隨著減膠劑摻量的增加膠砂強(qiáng)度先增加而后有所降低。其摻量范圍在 0.15%～0.35% 較為適宜。

圖 1 減膠劑摻量對水泥膠砂強(qiáng)度的影響

2.2 減膠劑與減水劑的相容性研究

減水劑及其應(yīng)用技術(shù)已成為當(dāng)代混凝土技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，也是高性能混凝土必不可少的組分之一。本部分采用膠砂流動度的方法對減膠劑與萘系和聚羧酸系減水劑的相容性進(jìn)行了研究。

（1）減膠劑與萘系減水劑的相容性

萘系減水劑是目前我國用量最大的減水劑，在民用建筑行業(yè)中，萘系減水劑是主要的選用外加劑劑種。摻減膠劑與萘系減水劑的砂漿流動度見圖 2，萘系減水劑摻量為 0.8%。

從圖 2 中可以得知，隨減膠劑摻量的增加，初始流動度略有增加，但摻量增至 0.3% 以后流動度有所下降，可能是由于該減膠劑與萘系減水劑競爭吸附，使萘系減水劑分子的吸附率下降所致；流動度的經(jīng)時(shí)保持能力有所增加，特別是摻量增至 0.1% 以后，保持能力得到顯著提高。

圖 2 減膠劑摻量對萘系減水劑砂漿流動度的影響

（2） 減膠劑與聚羧酸系減水劑的相容性

聚羧酸系減水劑是一種相對萘系減水劑性能更優(yōu)異的減水劑。該外加劑在近年來國家的重大、重點(diǎn)工程得到大量的應(yīng)用，目前在我國民用建筑中也開始了成規(guī)模應(yīng)用，其年產(chǎn)量增加十分迅速，2011 年產(chǎn)量達(dá) 239.11 萬噸，約占合成類減水劑的 30% 以上。摻減膠劑的聚羧酸系減水劑砂漿流動度見圖 3。聚羧酸系減水劑折固摻量為 0.2%。從圖 3 中可以得知，隨減膠劑摻量的增加，砂漿流動度略有增加，但變化不大，也即，減膠劑對摻聚羧酸系減水劑流動性影響不大。

圖 3 減膠劑摻量對聚羧酸系減水劑砂漿流動度的影

2.3 減膠劑的各項(xiàng)混凝土性能

采用 GB8076—2008 以及 GB8077—2012 的方法對減膠劑的各項(xiàng)性能進(jìn)行了測試，結(jié)果見表2。

表2 減膠劑的各項(xiàng)性能

從表2 可以得知，減膠劑幾乎沒有減水率，具有一定引氣和緩凝效果，對混凝土早期和后期抗壓強(qiáng)度均有較大的提高，幾乎不含氯離子等混凝土有害成分。

3 混凝土減膠劑的機(jī)理研究

混凝土減膠劑作為一種新型的材料，摻入水泥混凝土中后對水泥的水化產(chǎn)物的影響如何？對孔結(jié)構(gòu)的影響怎樣？這對混凝土的力學(xué)性能以及耐久性十分重要。

3.1 減膠劑對水泥水化產(chǎn)物的影響

（1）XRD

空白試驗(yàn)與摻減膠劑（JGJ）試樣的 XRD 結(jié)果見圖 4。從圖 4 中可以得知，從峰的類型來看，沒有發(fā)現(xiàn)新的晶體產(chǎn)物，但在 3d 時(shí)，空白試樣 CH 峰強(qiáng)度明顯高于 JGJ 試樣，這表明，空白試樣 CH 的數(shù)量和結(jié)晶情況可能比 JGJ 的高。

圖 4 減膠劑的X射線衍射

（2）DSC/TG

空白試驗(yàn)與摻減膠劑（JGJ）試樣的 DSC 結(jié)果見圖 5。從圖 5 中可以得知，從材料的吸熱分解情況來看，各個(gè)試樣的吸熱峰基本相同，也即，未發(fā)現(xiàn)新的產(chǎn)物。

從熱失重角度分析，可以得知各樣品中 CH 和總結(jié)合水的量。見圖 6 和圖 7。

圖 5 減膠劑的 DSC

圖 6 各個(gè)試樣中 CH 的含量

圖 7 各個(gè)試樣中的總結(jié)合水量

圖 8 減膠劑試樣的孔結(jié)構(gòu)分析

4 混凝土減膠劑的工程應(yīng)用

內(nèi)蒙某攪拌站采用了混凝土減膠劑進(jìn)行了混凝土的生產(chǎn)。水泥采用北疆牌 P·O42.5，28d 強(qiáng)度約為 45MPa，泵送劑為北京產(chǎn)萘系高效減水劑，減水率約為 20%，河砂為中粗砂，石為連續(xù)級配未破碎河卵石?；炷辽a(chǎn)結(jié)果見表3。

表3 內(nèi)蒙某攪拌站摻減膠劑的生產(chǎn)結(jié)果 kg/m3

從表3 中可以得知，減少大量水泥后，混凝土強(qiáng)度沒有任何降低，保守計(jì)算，每立方米至少可以減少 25 公斤水泥。該外加劑在多個(gè)工程中得到了應(yīng)用，完全滿足工程設(shè)計(jì)的要求，取得了良好的效果。

5 總結(jié)

（1）減膠劑摻量在 0.15%～0.35% 能提高砂漿抗壓強(qiáng)度。

（2）減膠劑與萘系和聚羧酸系減水劑復(fù)合使用時(shí)，工作性和力學(xué)性能不產(chǎn)生不良影響。

（3）混凝土減膠劑幾乎沒有減水率、具有一定引氣和緩凝效果、對混凝土早期和后期抗壓強(qiáng)度均有較大的提高，幾乎不含氯離子等混凝土有害成分。

（4）減膠劑可在減少 10% 左右的水泥用量情況下，對混凝土的各齡期力學(xué)性能不產(chǎn)生不利的影響。

（5）減膠劑促進(jìn)了水泥各齡期的水化，但對水化產(chǎn)物的類型不產(chǎn)生影響，促進(jìn)了早期結(jié)晶程度不高的 CH 的形成。

（6）減膠劑改善了硬化漿體的孔結(jié)構(gòu)，增加了8000nm 孔數(shù)量，降低了大于 8000nm 孔的數(shù)量；降低了中間孔（10～50nm）數(shù)量，提高漿體抗?jié)B性；增加了凝膠孔（2～10nm）數(shù)量，提高了 CSH 凝膠的數(shù)量。

[1] 吳中偉，廉慧珍. 高性能混凝土[M]，中國鐵道出版社，2000.

[2] 孫偉，繆昌文. 現(xiàn)代混凝土理論與技術(shù)[M]，科學(xué)出版社，2012.

[3] 王子明. 混凝土高效減水劑[M]，化工出版社，2011．

[4] http://data.stats.gov.cn/

［通訊地址］北京市朝陽區(qū)管莊路建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所（100024）

左彥峰（1979—），男，工學(xué)博士，副研究員，主要從事混凝土外加劑的研究。