减胶剂在混凝土中的应用研究

2020-12-01吉国利

商品混凝土 2020年11期

吉国利

（运城市海鑫海天混凝土有限公司，山西运城 044000）

随着科学技术的进步，混凝土结构有了长足的发展，到目前为止，几乎没有出现什么新型材料能代替混凝土的应用。为了满足混凝土高工作性的需要，商品混凝土中胶凝材料用量普遍较高，一般在每吨 350kg/m3以上，混凝土中高胶凝材料用量使得混凝土更容易开裂，尤其在水胶比较低的情况下，这种现象更加严重。为了改善混凝土的工作性能，国内外加剂行业近年来迅速发展，市场上出现的各种外加剂已经逐步成为混凝土必不可少的优选材料，虽然这些外加剂可以改善混凝土拌合物的某种性能，但没有对应以改善或保持混凝土综合性能不变的情况下同时具有节能减排功效的外加剂。现在市场上出现了一种新型混凝土外加剂——混凝土减胶剂，这是一种在减少 8%～10% 的水泥用量的情况下，仍能使混凝土保持甚至超过了原有基准混凝土的强度，且混凝土拌合物工作性能得以提升的外加剂，其已经在行业内，特别是南方地区广泛应用，但在运城地区还在初步试验阶段。

混凝土减胶剂是指在水胶比基本不变，混凝土的坍落度和 28d 抗压强度不降低的情况下，能够有效减少胶凝材料用量的化学外加剂。是一种功能性外加剂，为无色、浅褐色半透明液体。极小的掺量能够提升混凝土的和易性，在提升和易性的基础上可以优化混凝土配合比，起到节约成本、节能降耗的作用。建材行业标准JC/T 2469—2018《混凝土减胶剂》已于 2018年9月 1日正式实施。

减胶剂有以下几个优点：

（1）改善和易性：使用减胶剂，新拌合的混凝土容易出浆，包裹性更好，提升混凝土的和易性和可泵性，增大混凝土的黏聚性。

（2）良好的保水性：减水剂都有饱和掺量问题，掺量不足时效果体现的不充分，如果过掺的话，不但不能改善混凝土质量，还会造成泌水甚至离析等混凝土质量问题，给实际生产应用带来了潜在的风险。减胶剂有利于降低过掺的风险，掺入混凝土中将会提升减水剂的分散作用，能增加分子间的界面性能，减少游离水，从而能够达到保水效果。

（3）减少水泥用量：有关资料显示，在自然环境下，成熟混凝土中有将近 10%～20% 的水泥没有完全水化，只是起到填充作用。使用减胶剂，能最大限度地激发每一单位水泥分子的作用，在减少水泥的前提下，既能有效保证基准强度，又可提升混凝土拌合物的泵送性能，减少泌水，真正实现配合比的进一步优化。

鉴于混凝土减胶剂在商品混凝土、管桩等混凝土领域的应用越来越广泛，本文主要从混凝土的工作性能、强度、经济性等方面来论述评价混凝土减胶剂对混凝土综合性能的影响。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

（1）水泥

采用冀东海天水泥闻喜有限责任公司 P·O42.5 级水泥，依据 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准，其检验的物理技术性能指标结果如表 1。

表1 冀东 P·O42.5 水泥物理性能指标

（2）粉煤灰

选用河津电厂生产的 Ⅱ 级 F 类粉煤灰，依据 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准，其检验的物理技术性能指标结果如表 2。

表2 粉煤灰物理性能指标 %

（3）S95 级矿渣粉

选用威顿水泥粉磨站生产的 S95 级矿渣粉，依据GB/T 18046—2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准，其检验的物理技术性能指标结果如表 3。

表3 矿渣粉物理性能指标

（4）砂子

采用河津砂（50%）掺加河津选矿碎屑（50%）的比例组成的混合砂，依据 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法》标准，其检验的物理技术性能指标见表 4。

表4 砂子（混合砂）技术性能指标

（5）粗骨料

选用运城三路里生产的 5～25mm 连续级配碎石，依据 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法》标准，其检验的物理技术性能指标见表 5。

表5 碎石技术性能指标

（6）外加剂

选用山西金凯奇有限公司生产的聚羧酸高效减水剂，含固量为 9.2%，减水率为 22%，含气量为 3.2%。

（7）混凝土减胶剂

广州市三骏建材科技有限公司提供的混凝土减胶剂，为半透明液体，密度为 1.005，pH 值 9.5，减水率为 3%，减胶率为 5%～10%，推荐掺量为 0.6%。

1.2 试验方法

1.2.1 试验目的

在不同混凝土强度等级中掺加胶凝材料 0.6% 的混凝土减胶剂，按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行混凝土工作性能试验；按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土抗压强度试验；分析混凝土的工作性能、强度，并通过计算单方混凝土材料成本，分析该混凝土减胶剂带来的经济效益。

1.2.2 试验过程

根据广州市三骏建材科技有限公司提供的混凝土减胶剂产品，试验室以公司常用的混凝土强度等级 C30、C40、C50 为基准配合比进行了多次对比试验。根据混凝土减胶剂的使用方法，在 C30、C40、C50 三个混凝土强度等级配合比中分别减少水泥用量 8%（先按最少的 8% 用量比例试验）。

1.2.3 混凝土检验项目

试验中对混凝土的检验项目分别是坍落度、扩展度、工作性能和抗压强度。

2 试验结果与讨论

混凝土基准配合比与掺加减胶剂配合比见表 6。

表6 单方混凝土配合比 kg/m3

2.1 不同强度等级混凝土拌合物工作性能及强度分析

本次试验的三个强度等级 C30、C40、C50 分别做了六次，坍落度、扩展度、抗压强度取六次的平均值。混凝土拌合物基准样和加入混凝土减胶剂之后的工作性能及强度见表 7 所示。

由表 7 可以看出，加入混凝土减胶剂之后，新拌混凝土的坍落度、扩展度和和易性比基准样都有明显提高；且从现场情况还看出拌合物的黏聚性增强，表现为浆体增多、无泌水、不抓底、包裹性较好。说明混凝土减胶剂能在一定程度上改善新拌混凝土的工作性能。

表7 混凝土工作性能及强度对比

泵送方面：在泵送过程中，基准配合比的混凝土坍落度偏小时，泵送困难，经常出现堵管现象，而坍落度偏大，容易发生离析堵管，调整配合比掺加减胶剂的混凝土，由于工作性能良好，有利于泵送。我们使用减胶剂 6个月以来，尤其在高层泵送中能体现出效果，直接泵送到 32 层，中间无堵管现象发生。

强度方面：普通强度等级混凝土配合比水泥置换率为 8% 时，基准样与加入混凝土减胶剂后的试配相比较，在养护龄期 7d、28d 的抗压强度大体上相差不大，60d 龄期的抗压强度都是对比样高于基准样。说明加入混凝土减胶剂后可以使混凝土保持原有的基准强度。

2.2 不同强度等级混凝土配合比成本分析对比

对试验中三个强度等级混凝土（C30、C40、C50）基准样和加入混凝土减胶剂之后配合比试样进行成本分析，混凝土材料单价见表 8。

表8 混凝土原材料单价元/吨

按照表 8 所示单价计算出的基准样与掺入混凝土减胶剂后对比样的成本如表 9 所示。

从表 9 可以看出，加入混凝土减胶剂后，在保持与基准混凝土强度不变的情况下，减少水泥用量 8%，每方能节约产成本 2～4元。以运城市现有的混凝土需方市场，一般的两条生产线的混凝土搅拌站计算，年产量约 30 万立方混凝土，每年可以节约材料成本约 60～120 万元。可以看出，混凝土减胶剂的掺入具有十分可观的经济效益。

表9 各组混凝土经济成本分析表

3 工程应用

混凝土减胶剂在 C55 现浇箱梁中的应用：2019年我公司承揽了河东西街延长线跨铁路桥现浇箱梁工程，设计混凝土强度等级是 C55，方量总计 10000 立方，均使用了混凝土减胶剂。C55 混凝土由于本身强度较高，所以水泥用量较多，水泥用量高会带来很多对工程施工和结构的不利影响，如坍落度损失大、水化热大、收缩裂缝等危害。所以我们设计 C55 混凝土配合比时应在满足设计强度等级的情况下尽可能少用水泥。经大量试验研究，掺用了混凝土减胶剂后，C55 混凝土比基准C55 少用了 8% 的水泥，在提高了混凝土质量的同时，取得了一定的经济效益。

混凝土减胶剂在机制砂中的应用：近年来，运城市场的天然砂资源已、紧缺，为了控制成本，各混凝土公司已采用机制砂来代替天然砂。但机制砂颗粒粗糙，级配不良，颗粒分布往往表现为“两头多、中间少”，大于 5.00mm 和小于 0.08mm 颗粒（石粉）均超过 10%，2.50mm 的累计筛余量≥30%。颗粒级配的不良导致了新拌混凝土黏聚性、保水性差，易离析、泌水，并降低了和易性和流动性，使混凝土强度、耐久性降低，而且早期收缩增大。混凝土减胶剂的掺入，大大改善了机制砂配制新拌混凝土的黏聚性、保水性，解决了易离析、泌水等和易性不良的问题。另外，在降低水泥用量的同时，不必要增大砂率，并能增加粗集料的用量。

从 2019年元月至今 9个月来，我公司从 C25～C55强度等级的混凝土都掺加了混凝土减胶剂，生产的混凝土拌合物施工性能和强度都达到了满意的效果，得到了施工单位的认可。其中不乏一些重点工程，如某路桥公司承建的跨铁路工程高强度等级的 C55 的现浇箱梁7000 立方混凝土、某钢厂的改造工程 45000 立方混凝土和某高层的基础 3300 立方混凝土基础等。在工程主体验收中都能通过合格评定。