混凝土减胶剂的性能与机理研究

左彦峰，郭群，钱峰，马旺坤，王晓芳

（1. 建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024；2.安徽京工建新型建筑材料有限公司，合肥 231633；3.乌兰察布市集林区建设工程质量检测中心，乌兰察布 012000）

混凝土减胶剂的性能与机理研究

左彦峰1，郭群1，钱峰2，马旺坤1，王晓芳3

（1. 建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024；2.安徽京工建新型建筑材料有限公司，合肥 231633；3.乌兰察布市集林区建设工程质量检测中心，乌兰察布 012000）

本文通过胶砂试验、砂浆流动度以及混凝土试验，得出以下结论，混凝土减胶剂的掺量范围为 0.15%～0.35%，可有效降低 10% 左右的水泥用量，其与萘系和聚羧酸系减水剂相容性良好，该剂几乎没有减水率，具有一定引气和缓凝效果、对混凝土早期和后期抗压强度均有较大的提高，几乎不含氯离子等混凝土有害成分。同时，本文采用 XRD、DSC/TG 以及 MIP 等方法对该外加剂的机理进行了分析，认为，减胶剂对水化产物的类型不产生影响，促进了早期结晶程度不高的 CH 的形成，改善了硬化浆体的孔结构，降低了中间孔数量，提高浆体抗渗性；增加了凝胶孔数量，提高了 CSH 凝胶的数量。混凝土减胶剂在工程中得到了应用，取得了良好的效果。

混凝土；减胶剂；水泥；外加剂；机理

0 前言

近年来，我国建筑行业发展迅速，建筑规模前所未有。据统计，2012 年我国水泥产量为 22 亿吨，按 400kg/m3折算，约折合混凝土 55 亿方，居世界第一。此外，建筑要求对混凝土这种建筑材料性能的要求也越来越高，例如要求高工作性、高强度、高耐久性等。

我国在经济上存在城乡差异和东西差距巨大的特点，这也意味着建筑市场的巨大潜力，同时也表明水泥、混凝土的巨大需求。水泥产业的是一个高能耗、高资源消耗和高污染性产业。为保证建筑业的可持续健康发展，有必要通过各种方法，在保证混凝土结构力学性能、耐久性的前提下，有效降低单方混凝土中水泥的用量[3-4]。

工程实践表明，混凝土减胶剂（JGJ）可以有效降低单方混凝土水泥的用量，而不降低混凝土的各项性能。本文对混凝土减胶剂的性能与机理进行了研究和探讨。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

水泥：基准水泥。

粉煤灰：Ⅱ 级，华能。磨细矿渣：S95，首钢。

外加剂：混凝土减胶剂（液体），聚羧酸系减水剂（自产，含固量 20%），萘系减水剂（粉剂，建恺）。

砂：二区中砂，细度模数 2.7。

石子：最大粒径 25mm。

水：洁净自来水。

1.2 试验方法

（1）混凝土试验

采用 GB8076—2008《混凝土外加剂》技术指标测定减胶剂的减水率、含气量、泌水率比、凝结时间、28d 收缩率比、相对耐久性（200 次）、抗压强度比。试验温度为(20±2)℃。

（2）氯离子含量和总碱含量

按照 GB/T8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行试验。

（3）胶砂强度

按照 GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》（ISO法）规定的方法进行试验。

（4）砂浆流动度

采用工程实际用 C30 混凝土中的砂浆配比，见表1。

表1 砂浆配合比 kg/m3

（5） 微观试验样品的制备

在水泥净浆搅拌机中搅拌水泥浆体，搅拌 3min，水灰比为 0.50，将之置入 (60×60×60)mm3试模中，在标准养护条件下养护至 3d、14d、28d。取出试样，去除试块表面的水泥表皮，采用内芯作为待测样品。并置入无水乙醇中，终止水化，待测。

（6）XRD

采用 D8 ADVANCE（德国布鲁克）X 射线衍射仪对试样对试样在 5～70°进行扫描，步长为 0.02°，加速电压为40kV，电流 40mA，铜靶。

（7）DSC/TG

采用 NETZSCH STA—449C 综合热分析仪对试样进行测定。升温速率为 20℃/min, 保护气体为 N2。升温程序为，从25℃ 以 20℃/min 升温至 50℃，保温 30min，以除去残留的自由水；然后开始热分析试验，以同样的升温速率升至 1000℃左右。

（8）MIP

美国产 Micromeritics AutoPore III 水银测孔仪。 汞压力范围为 0～55000psia。样品破碎为 2.5～5mm，干燥后测定。

2 混凝土减胶剂的性能研究

2.1减 胶剂掺量对胶砂强度的影响

采用了胶砂强度的方法对减胶剂的掺量范围进行确定。见图 1。从图 1 中可知，随着减胶剂掺量的增加胶砂强度先增加而后有所降低。其掺量范围在 0.15%～0.35% 较为适宜。

图 1 减胶剂掺量对水泥胶砂强度的影响

2.2 减胶剂与减水剂的相容性研究

减水剂及其应用技术已成为当代混凝土技术中不可缺少的关键技术，也是高性能混凝土必不可少的组分之一。本部分采用胶砂流动度的方法对减胶剂与萘系和聚羧酸系减水剂的相容性进行了研究。

（1）减胶剂与萘系减水剂的相容性

萘系减水剂是目前我国用量最大的减水剂，在民用建筑行业中，萘系减水剂是主要的选用外加剂剂种。掺减胶剂与萘系减水剂的砂浆流动度见图 2，萘系减水剂掺量为 0.8%。

从图 2 中可以得知，随减胶剂掺量的增加，初始流动度略有增加，但掺量增至 0.3% 以后流动度有所下降，可能是由于该减胶剂与萘系减水剂竞争吸附，使萘系减水剂分子的吸附率下降所致；流动度的经时保持能力有所增加，特别是掺量增至 0.1% 以后，保持能力得到显著提高。

图 2 减胶剂掺量对萘系减水剂砂浆流动度的影响

（2） 减胶剂与聚羧酸系减水剂的相容性

聚羧酸系减水剂是一种相对萘系减水剂性能更优异的减水剂。该外加剂在近年来国家的重大、重点工程得到大量的应用，目前在我国民用建筑中也开始了成规模应用，其年产量增加十分迅速，2011 年产量达 239.11 万吨，约占合成类减水剂的 30% 以上。掺减胶剂的聚羧酸系减水剂砂浆流动度见图 3。聚羧酸系减水剂折固掺量为 0.2%。从图 3 中可以得知，随减胶剂掺量的增加，砂浆流动度略有增加，但变化不大，也即，减胶剂对掺聚羧酸系减水剂流动性影响不大。

图 3 减胶剂掺量对聚羧酸系减水剂砂浆流动度的影

2.3 减胶剂的各项混凝土性能

采用 GB8076—2008 以及 GB8077—2012 的方法对减胶剂的各项性能进行了测试，结果见表2。

表2 减胶剂的各项性能

从表2 可以得知，减胶剂几乎没有减水率，具有一定引气和缓凝效果，对混凝土早期和后期抗压强度均有较大的提高，几乎不含氯离子等混凝土有害成分。

3 混凝土减胶剂的机理研究

混凝土减胶剂作为一种新型的材料，掺入水泥混凝土中后对水泥的水化产物的影响如何？对孔结构的影响怎样？这对混凝土的力学性能以及耐久性十分重要。

3.1 减胶剂对水泥水化产物的影响

（1）XRD

空白试验与掺减胶剂（JGJ）试样的 XRD 结果见图 4。从图 4 中可以得知，从峰的类型来看，没有发现新的晶体产物，但在 3d 时，空白试样 CH 峰强度明显高于 JGJ 试样，这表明，空白试样 CH 的数量和结晶情况可能比 JGJ 的高。

图 4 减胶剂的X射线衍射

（2）DSC/TG

空白试验与掺减胶剂（JGJ）试样的 DSC 结果见图 5。从图 5 中可以得知，从材料的吸热分解情况来看，各个试样的吸热峰基本相同，也即，未发现新的产物。

从热失重角度分析，可以得知各样品中 CH 和总结合水的量。见图 6 和图 7。

图 5 减胶剂的 DSC

图 6 各个试样中 CH 的含量

图 7 各个试样中的总结合水量

图 8 减胶剂试样的孔结构分析

4 混凝土减胶剂的工程应用

内蒙某搅拌站采用了混凝土减胶剂进行了混凝土的生产。水泥采用北疆牌 P·O42.5，28d 强度约为 45MPa，泵送剂为北京产萘系高效减水剂，减水率约为 20%，河砂为中粗砂，石为连续级配未破碎河卵石。混凝土生产结果见表3。

表3 内蒙某搅拌站掺减胶剂的生产结果 kg/m3

从表3 中可以得知，减少大量水泥后，混凝土强度没有任何降低，保守计算，每立方米至少可以减少 25 公斤水泥。该外加剂在多个工程中得到了应用，完全满足工程设计的要求，取得了良好的效果。

5 总结

（1）减胶剂掺量在 0.15%～0.35% 能提高砂浆抗压强度。

（2）减胶剂与萘系和聚羧酸系减水剂复合使用时，工作性和力学性能不产生不良影响。

（3）混凝土减胶剂几乎没有减水率、具有一定引气和缓凝效果、对混凝土早期和后期抗压强度均有较大的提高，几乎不含氯离子等混凝土有害成分。

（4）减胶剂可在减少 10% 左右的水泥用量情况下，对混凝土的各龄期力学性能不产生不利的影响。

（5）减胶剂促进了水泥各龄期的水化，但对水化产物的类型不产生影响，促进了早期结晶程度不高的 CH 的形成。

（6）减胶剂改善了硬化浆体的孔结构，增加了8000nm 孔数量，降低了大于 8000nm 孔的数量；降低了中间孔（10～50nm）数量，提高浆体抗渗性；增加了凝胶孔（2～10nm）数量，提高了 CSH 凝胶的数量。

[1] 吴中伟，廉慧珍. 高性能混凝土[M]，中国铁道出版社，2000.

[2] 孙伟，缪昌文. 现代混凝土理论与技术[M]，科学出版社，2012.

[3] 王子明. 混凝土高效减水剂[M]，化工出版社，2011．

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

［通讯地址］北京市朝阳区管庄路建筑材料工业技术情报研究所（100024）

左彦峰（1979—），男，工学博士，副研究员，主要从事混凝土外加剂的研究。