復合減膠型減水劑成本節約的應用

方帥

摘 要：當下建筑業為了滿足更高的混凝土性能要求而日益增加混凝土膠材用量，由此也帶來了不少新問題。減膠劑的出現大大緩解了這一問題，通過試驗探索明確減膠型減水劑的使用可降低膠材用量、提升混凝土工作性能的同時帶來一定的經濟效益，其應用前景廣闊。

關鍵詞：減膠劑;減膠型減水劑;經濟效益

中圖分類號：TU528文獻標識碼：A文章編號：2096-6903（2022）08-0090-03

0 引言

隨著國家建設的蓬勃發展，建筑行業對混凝土的要求逐步提高，不只在混凝土性能方面，基于生態文明及環境保護的高標準對混凝土質量控制更是提出了嚴要求[1]。為了滿足日益提高的混凝土工作性能要求，現今施工采用的混凝土配合比膠材用量普遍大于350 kg/m?。高膠材帶來混凝土優秀工作性能的同時也帶來了新問題，比如大體積混凝土易開裂，特別是在水膠比較低的情況下，開裂現象尤為嚴重。同時在國家大力打造資源節約型社會的當下，高膠材易造成大量的資源浪費，并且對環境產生一定的破壞。因此，為了保證建筑行業的可持續性健康發展，提高資源利用率，減膠劑應運而生，對其應用效果及實際經濟效益的探索研究意義重大。

1 混凝土減膠劑和減水劑概述

1.1 減膠劑概述

混凝土應用減膠劑的方式被廣泛地應用在當前的建筑工程中，減膠劑的使用有相應的行為標準：JC/t2469-2018《混凝土減膠劑》[2]。具體進行應用時，一類全新的配料摻拌混合的方式就是混凝土中摻拌減膠劑，應根據相應的比例開展適配實驗。通過具體研究，這類摻拌方法能夠更好地保證混凝土具體應用中各種性能的穩定性，且能有效減少混凝土中的水泥摻混數量，使混凝土實際應用中材料的利用率得以有效提高。然而，在具體的推廣中，因為地域性等因素存在，從而導致實際應用于推廣中會有各類狀況出現[3]。比如，工作性能降低、膠凝材料降低以及力學性能降低等，從而使得實際應用中，這個試劑沒有良好的作用。所以想要將減膠劑的應用性能進行提高，需要持續進行研究，逐一解決各地在使用過程中出現的問題，使其能有效、合理地應用于各種建筑中，以實現減膠劑推廣效果的有效提高。

1.2 減水劑概述

減水劑作為一類混凝土的外加劑，可在將混凝土塌落度維持不變的狀況下，降低拌合用水量。多數是陰離子表面活性劑，涵蓋了萘磺酸鹽、木質素磺酸鹽等甲醛聚合物，摻入混凝土拌合料后，可以分散水泥顆粒，改善其和易性，降低單位用水量，提高混凝土拌合物的流動性，節約或減少水泥用量。

1.2.1 減水劑對硬化水泥石結構的影響

因減水劑具有一定的分散作用，所以可讓水泥粒子大多時候保持隔離狀態，從而在水化初期使水泥粒子的反應面積增大，減水劑分散作用越好且效果就越顯著，此階段水泥水化反應以溶解-水化-結晶過程方式開展。除表面積以后，也有鹽效應、形成不穩定絡合物等，都會加大溶解密度，可提升水泥溶劑過程，進而增加水化物。盡管減水劑成膜會影響其反應，然而影響卻不大，它的綜合效果會使初期水化反應速度提升。

水泥當完成終凝之后，會出現幾何形狀。初始階段形成的主要是發育欠佳的微晶凝聚體，抑或叫作水化物凝膠。這部分尺寸不大的微晶，會在水泥熟料的顆粒表面上無規則地沉積。持續水化讓這部分微晶呈現輻射形狀不斷向外部生長，進而形成纖維狀晶體，其末端尖細且有分岔。這部分纖維狀晶體在水泥粒子周圍生長，并有很多大小不相等的孔隙形成，中間有水分包裹。繼續水化會讓纖維狀晶體不斷向外伸長，讓水泥粒子互相搭接最終能夠形成三度空間的網絡結構，持續水化讓網絡結構不斷密實而提高強度。

減水劑可以延緩膠凝體向結晶體的轉化過程，這是因為減水劑會讓溶解度增加，并提高了溶解速度。在初始階段加入減水劑后，亞穩狀態下有更多的微晶聚集體，表面的一層減水劑膜阻礙和延遲了從微晶到結晶狀態的轉變過程。基于熱力學穩定視角，小顆粒有很大的表面積，且表面自由能Z值高，熱力學狀態不穩，微晶凝聚體會自動溶解并重新在晶體表面沉積，使其進入減水劑，從而減少固液界面的生長，添加的界面能使變化過程的自由能變化（-△Z）變小，從而削弱凝膠體的轉化過程。

在反應變化過程中，水化產物不斷在水泥顆粒表面積聚。前階段的速度越快，產物就會越多，那么最后在水泥顆粒上覆蓋的水化物就會越多，然而，其還尚未構成對反應速度的主控因素。這個階段中，水化反應主要依舊是溶解反應過程，且液體也已基本接近飽和，控制反應速度的離子擴散速度接近常熟，幾種作用的綜合作用讓水化反應速率保持不變。加入減水劑所形成的絡合物會使反應物參與反應能力受到影響;所形成的膜也會影響水化反應;減水劑對水分子的締合作用會阻礙水分子運動，前一階段水化產物的數量會直接影響到此階段的速度，所以，通過減水劑的加入后，可減慢此階段水泥水化反應的速度。

水化反應的中后期，當水化產物到達一定的厚度以后，水分子通過水化產物層的擴散速率將是控制水化反應的關鍵因素，水化反應通過固相反應式開展。通過減水劑的加入，讓毛細孔中的水成了一定減水劑濃度溶液，基于滲透壓對擴散的發作用，會影響到水分子不斷向水化產物層擴散，進而減少毛細孔的孔徑，進而使孔中水分內聚力增加， 從而束縛水分子，加之絡合與成膜等作用，減水劑會減慢水泥中后期的水化反應速度。

從孔結構來看，減水劑的主要用途之一是降低用水量，會讓硬化水泥石中的毛細孔徑逐漸變小，孔隙體積減小。由于分散和結晶抑制，在不降低耗水量的情況下，盡管總孔隙體積沒有太大改變，但會讓毛細孔徑逐漸變小，這會有效促進水泥強度的顯著提升。

2 試驗探索

基于中鐵五局貴南高鐵引入南寧樞紐工程已成熟使用的C40、C35、C30三個配合比，分別對其進行基準和摻入減膠劑的對比組進行試拌，同時對各組的混凝土和易性及強度進行統計分析，確認減膠劑成本節約效果[4]。

2.1 原材料情況

本次試驗所用基準減水劑為山西金萬康生產JWK-1緩凝型減水劑，對比減水劑為采用山西金萬康生產的減膠劑與基準減水劑進行復配所得的減膠型復合減水劑，復配時按照基準減水劑原摻量及減膠劑廠家推薦摻量按比例摻配。水泥采用廣西登高集團生產的P.O 42.5水泥，摻合料為國電南寧發電有限責任公司II級粉煤灰，集料為武鳴區雙武礦石場機制砂及5～31.5 mm碎石，質量指標滿足TB10424-2018 鐵路混凝土工程施工質量驗收標準[5]，混凝土減膠劑滿足JC/T2469-2018驗收標準。

2.2 試驗配合比

試驗所用C30、C35、C40基準及對比配合比情況如表1所示。

本次探索首先進行了試驗室室內試拌，對比混凝土進行了基準減水劑及減膠劑的雙摻試驗，在廠家推薦的減膠10%基礎上，進行了5%、10%減膠性能對比，通過室內對比試驗的比對分析，初步確認了減膠劑的應用效果[6]。在此基礎上，將基準減水劑與減膠劑按照摻量比例進行復配成為減膠型減水劑，將該復配減水劑應用于拌和樓試生產并應用于試驗段澆筑，對各項性能數據進行綜合分析以驗證減膠型減水劑的實際應用效果。

具體試驗方法為按照配合比，將各項原材料通過HJW-60型強制攪拌機攪拌180 s后，測試拌和物性能后成型150×150×150 mm標準立方體抗壓試件，室溫養護24 h后脫模置于標準養護室養護至各齡期后進行抗壓強度試驗，依據最終結果進行分析。

3 試驗結果及應用效益分析

3.1 室內雙摻試驗

試驗中的每個配合比均進行了三組試驗：A組為基準配合比;B組為對比試驗一，膠材降低5%，采用基準減水劑與減膠劑雙摻;C組為對比試驗二，膠材降低10%，采用基準減水劑與減膠劑雙摻。

通過試拌混凝土性能測定可以發現，各配合比試拌性能均能滿足施工要求，坍落度在180～220 mm[7]。試驗過程中基準配合比及對比配合比均未出現泌水、沉底等現象，混凝土包裹性良好，流動性較基準混凝土有顯著提升。在出機坍落度基本一致的情況下，各配合比保坍性能良好，基準配合比與對比配合比1 h坍落度經時變化量均小于10 mm。

3.2 減膠型復合減水劑實際應用

在室內試驗基礎上，將基準減水劑與減膠劑按照摻量比例5：3進行復配成為減膠型減水劑，使用相同的原材料，將該復配減水劑應用于拌和樓試生產并應用于試驗段澆筑，對三個配合比分別進行基準及減膠10%對比試驗段，對澆筑數據進行匯總分析，強度統計如表2。

采用減膠型減水劑生產的減膠混凝土，在達到施工要求的坍落度時，其保水性、粘聚性良好，未出現泌水、沉底現場，流動性良好，其和易性較基準混凝土有一定改善，能適應現場施工需求。通過減膠型減水劑的試驗段澆筑強度統計分析可以發現，該復合減水劑采用攪拌樓生產應用于實際生產中能起到與室內試驗同等的強度提升效果。

同時，通過觀察由相同坍落度、相同澆筑及振搗工藝成型的基準混凝土及對比混凝土大體積試驗塊可以發現，自然養護條件下，對比混凝土試驗塊裂紋數量明顯減少，平均裂縫寬度變小，說明降低膠材后大體積混凝土水化熱降低，同時由減膠劑作用機理帶來的保水效用，降低了混凝土收縮率，在上述正面影響下，大體積混凝土開裂問題得到了有效緩解。

由此可知，減膠劑應用于現場施工可以改善混凝土和易性、提高混凝土強度的同時，減少膠材用量，降低混凝土收縮率，有效緩解大體積混凝土開裂問題。

3.3 減膠劑應用效益分析

通過上述試驗可以確定在減膠劑推薦摻量下減膠10%時，混凝土各項性能表現優異。結合當下原材料價格，P.O 42.5水泥450元/t，粉煤灰210元/t，減水劑3500元/t，1.0%摻量，減膠劑1400元/t，0.6%摻量，復配后減水劑加減膠劑4000元/噸。使用減膠劑后每方C40、C35、C30混凝土原材料成本分別可以降低15.6元、14.5元、12.4元;復配后每方C40、C35、C30進一步便宜1.7元、1.5元、1.3元。關鍵是復配后減水劑施工方便，減少計量誤差，該經濟效益隨著混凝土等級的提高而提高，在運輸困難的地方單方價值節約更高。另一方面，減膠劑的應用使得混凝土使用相對較低的膠材，獲得更高的構件性能，一定程度上提高了資源利用率，具有巨大的推廣價值。

4 結語

綜上所述，減膠劑的應用使得混凝土可以在滿足施工需求的條件下，降低膠材用量，提高混凝土的密實度，改善混凝土包裹性，提高其流動度，極大地改善混凝土和易性，同時能顯著提高混凝土后期強度，降低混凝土水化熱及收縮率，有效緩解大體積混凝土開裂的問題。關鍵是，減膠劑可降低混凝土原材料成本，為建筑行業帶來巨大的經濟效益，同時提高資源利用率，有效助力建筑業的可持續性發展。

參考文獻

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