混凝土減膠劑的性能與機理研究

左彥峰，郭群，錢峰，馬旺坤，王曉芳

（1. 建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024；2.安徽京工建新型建筑材料有限公司，合肥 231633；3.烏蘭察布市集林區建設工程質量檢測中心，烏蘭察布 012000）

混凝土減膠劑的性能與機理研究

左彥峰1，郭群1，錢峰2，馬旺坤1，王曉芳3

（1. 建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024；2.安徽京工建新型建筑材料有限公司，合肥 231633；3.烏蘭察布市集林區建設工程質量檢測中心，烏蘭察布 012000）

本文通過膠砂試驗、砂漿流動度以及混凝土試驗，得出以下結論，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，本文采用 XRD、DSC/TG 以及 MIP 等方法對該外加劑的機理進行了分析，認為，減膠劑對水化產物的類型不產生影響，促進了早期結晶程度不高的 CH 的形成，改善了硬化漿體的孔結構，降低了中間孔數量，提高漿體抗滲性；增加了凝膠孔數量，提高了 CSH 凝膠的數量。混凝土減膠劑在工程中得到了應用，取得了良好的效果。

混凝土；減膠劑；水泥；外加劑；機理

0 前言

近年來，我國建筑行業發展迅速，建筑規模前所未有。據統計，2012 年我國水泥產量為 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、高強度、高耐久性等。

我國在經濟上存在城鄉差異和東西差距巨大的特點，這也意味著建筑市場的巨大潛力，同時也表明水泥、混凝土的巨大需求。水泥產業的是一個高能耗、高資源消耗和高污染性產業。為保證建筑業的可持續健康發展，有必要通過各種方法，在保證混凝土結構力學性能、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性能。本文對混凝土減膠劑的性能與機理進行了研究和探討。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

水泥：基準水泥。

粉煤灰：Ⅱ 級，華能。磨細礦渣：S95，首鋼。

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

砂：二區中砂，細度模數 2.7。

石子：最大粒徑 25mm。

水：潔凈自來水。

1.2 試驗方法

（1）混凝土試驗

采用 GB8076—2008《混凝土外加劑》技術指標測定減膠劑的減水率、含氣量、泌水率比、凝結時間、28d 收縮率比、相對耐久性（200 次）、抗壓強度比。試驗溫度為(20±2)℃。

（2）氯離子含量和總堿含量

按照 GB/T8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行試驗。

（3）膠砂強度

按照 GB/T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》（ISO法）規定的方法進行試驗。

（4）砂漿流動度

采用工程實際用 C30 混凝土中的砂漿配比，見表1。

表1 砂漿配合比 kg/m3

（5） 微觀試驗樣品的制備

在水泥凈漿攪拌機中攪拌水泥漿體，攪拌 3min，水灰比為 0.50，將之置入 (60×60×60)mm3試模中，在標準養護條件下養護至 3d、14d、28d。取出試樣，去除試塊表面的水泥表皮，采用內芯作為待測樣品。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行測定。升溫速率為 20℃/min, 保護氣體為 N2。升溫程序為，從25℃ 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，以同樣的升溫速率升至 1000℃左右。

（8）MIP

美國產 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 膠劑摻量對膠砂強度的影響

采用了膠砂強度的方法對減膠劑的摻量范圍進行確定。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

減水劑及其應用技術已成為當代混凝土技術中不可缺少的關鍵技術，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；流動度的經時保持能力有所增加，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異的減水劑。該外加劑在近年來國家的重大、重點工程得到大量的應用，目前在我國民用建筑中也開始了成規模應用，其年產量增加十分迅速，2011 年產量達 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 減膠劑的各項混凝土性能

采用 GB8076—2008 以及 GB8077—2012 的方法對減膠劑的各項性能進行了測試，結果見表2。

表2 減膠劑的各項性能

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物的影響如何？對孔結構的影響怎樣？這對混凝土的力學性能以及耐久性十分重要。

3.1 減膠劑對水泥水化產物的影響

（1）XRD

空白試驗與摻減膠劑（JGJ）試樣的 XRD 結果見圖 4。從圖 4 中可以得知，從峰的類型來看，沒有發現新的晶體產物，但在 3d 時，空白試樣 CH 峰強度明顯高于 JGJ 試樣，這表明，空白試樣 CH 的數量和結晶情況可能比 JGJ 的高。

圖 4 減膠劑的X射線衍射

（2）DSC/TG

空白試驗與摻減膠劑（JGJ）試樣的 DSC 結果見圖 5。從圖 5 中可以得知，從材料的吸熱分解情況來看，各個試樣的吸熱峰基本相同，也即，未發現新的產物。

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

圖 5 減膠劑的 DSC

圖 6 各個試樣中 CH 的含量

圖 7 各個試樣中的總結合水量

圖 8 減膠劑試樣的孔結構分析

4 混凝土減膠劑的工程應用

內蒙某攪拌站采用了混凝土減膠劑進行了混凝土的生產。水泥采用北疆牌 P·O42.5，28d 強度約為 45MPa，泵送劑為北京產萘系高效減水劑，減水率約為 20%，河砂為中粗砂，石為連續級配未破碎河卵石。混凝土生產結果見表3。

表3 內蒙某攪拌站摻減膠劑的生產結果 kg/m3

從表3 中可以得知，減少大量水泥后，混凝土強度沒有任何降低，保守計算，每立方米至少可以減少 25 公斤水泥。該外加劑在多個工程中得到了應用，完全滿足工程設計的要求，取得了良好的效果。

5 總結

（1）減膠劑摻量在 0.15%～0.35% 能提高砂漿抗壓強度。

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

（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性能不產生不利的影響。

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

（6）減膠劑改善了硬化漿體的孔結構，增加了8000nm 孔數量，降低了大于 8000nm 孔的數量；降低了中間孔（10～50nm）數量，提高漿體抗滲性；增加了凝膠孔（2～10nm）數量，提高了 CSH 凝膠的數量。

[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. 現代混凝土理論與技術[M]，科學出版社，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］北京市朝陽區管莊路建筑材料工業技術情報研究所（100024）

左彥峰（1979—），男，工學博士，副研究員，主要從事混凝土外加劑的研究。