減膠劑在混凝土中的應(yīng)用研究

吉國利

（運城市海鑫海天混凝土有限公司，山西 運城 044000）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，混凝土結(jié)構(gòu)有了長足的發(fā)展，到目前為止，幾乎沒有出現(xiàn)什么新型材料能代替混凝土的應(yīng)用。為了滿足混凝土高工作性的需要，商品混凝土中膠凝材料用量普遍較高，一般在每噸 350kg/m3以上，混凝土中高膠凝材料用量使得混凝土更容易開裂，尤其在水膠比較低的情況下，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。為了改善混凝土的工作性能，國內(nèi)外加劑行業(yè)近年來迅速發(fā)展，市場上出現(xiàn)的各種外加劑已經(jīng)逐步成為混凝土必不可少的優(yōu)選材料，雖然這些外加劑可以改善混凝土拌合物的某種性能，但沒有對應(yīng)以改善或保持混凝土綜合性能不變的情況下同時具有節(jié)能減排功效的外加劑?，F(xiàn)在市場上出現(xiàn)了一種新型混凝土外加劑——混凝土減膠劑，這是一種在減少 8%～10% 的水泥用量的情況下，仍能使混凝土保持甚至超過了原有基準(zhǔn)混凝土的強度，且混凝土拌合物工作性能得以提升的外加劑，其已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)，特別是南方地區(qū)廣泛應(yīng)用，但在運城地區(qū)還在初步試驗階段。

混凝土減膠劑是指在水膠比基本不變，混凝土的坍落度和 28d 抗壓強度不降低的情況下，能夠有效減少膠凝材料用量的化學(xué)外加劑。是一種功能性外加劑，為無色、淺褐色半透明液體。極小的摻量能夠提升混凝土的和易性，在提升和易性的基礎(chǔ)上可以優(yōu)化混凝土配合比，起到節(jié)約成本、節(jié)能降耗的作用。建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 2469—2018《混凝土減膠劑》已于 2018年9月 1日正式實施。

減膠劑有以下幾個優(yōu)點：

（1）改善和易性：使用減膠劑，新拌合的混凝土容易出漿，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：減水劑都有飽和摻量問題，摻量不足時效果體現(xiàn)的不充分，如果過摻的話，不但不能改善混凝土質(zhì)量，還會造成泌水甚至離析等混凝土質(zhì)量問題，給實際生產(chǎn)應(yīng)用帶來了潛在的風(fēng)險。減膠劑有利于降低過摻的風(fēng)險，摻入混凝土中將會提升減水劑的分散作用，能增加分子間的界面性能，減少游離水，從而能夠達(dá)到保水效果。

（3）減少水泥用量：有關(guān)資料顯示，在自然環(huán)境下，成熟混凝土中有將近 10%～20% 的水泥沒有完全水化，只是起到填充作用。使用減膠劑，能最大限度地激發(fā)每一單位水泥分子的作用，在減少水泥的前提下，既能有效保證基準(zhǔn)強度，又可提升混凝土拌合物的泵送性能，減少泌水，真正實現(xiàn)配合比的進(jìn)一步優(yōu)化。

鑒于混凝土減膠劑在商品混凝土、管樁等混凝土領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，本文主要從混凝土的工作性能、強度、經(jīng)濟(jì)性等方面來論述評價混凝土減膠劑對混凝土綜合性能的影響。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥

采用冀東海天水泥聞喜有限責(zé)任公司 P·O42.5 級水泥，依據(jù) GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)，其檢驗的物理技術(shù)性能指標(biāo)結(jié)果如表 1。

表1 冀東 P·O42.5 水泥物理性能指標(biāo)

（2）粉煤灰

選用河津電廠生產(chǎn)的 Ⅱ 級 F 類粉煤灰，依據(jù) GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標(biāo)準(zhǔn)，其檢驗的物理技術(shù)性能指標(biāo)結(jié)果如表 2。

表2 粉煤灰物理性能指標(biāo) %

（3）S95 級礦渣粉

選用威頓水泥粉磨站生產(chǎn)的 S95 級礦渣粉，依據(jù)GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》標(biāo)準(zhǔn)，其檢驗的物理技術(shù)性能指標(biāo)結(jié)果如表 3。

表3 礦渣粉物理性能指標(biāo)

（4）砂子

采用河津砂（50%）摻加河津選礦碎屑（50%）的比例組成的混合砂，依據(jù) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法》標(biāo)準(zhǔn)，其檢驗的物理技術(shù)性能指標(biāo)見表 4。

表4 砂子（混合砂）技術(shù)性能指標(biāo)

（5）粗骨料

選用運城三路里生產(chǎn)的 5～25mm 連續(xù)級配碎石，依據(jù) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法》標(biāo)準(zhǔn)，其檢驗的物理技術(shù)性能指標(biāo)見表 5。

表5 碎石技術(shù)性能指標(biāo)

（6）外加劑

選用山西金凱奇有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，含固量為 9.2%，減水率為 22%，含氣量為 3.2%。

（7）混凝土減膠劑

廣州市三駿建材科技有限公司提供的混凝土減膠劑，為半透明液體，密度為 1.005，pH 值 9.5，減水率為 3%，減膠率為 5%～10%，推薦摻量為 0.6%。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗?zāi)康?/p>

在不同混凝土強度等級中摻加膠凝材料 0.6% 的混凝土減膠劑，按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土工作性能試驗；按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行混凝土抗壓強度試驗；分析混凝土的工作性能、強度，并通過計算單方混凝土材料成本，分析該混凝土減膠劑帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.2 試驗過程

根據(jù)廣州市三駿建材科技有限公司提供的混凝土減膠劑產(chǎn)品，試驗室以公司常用的混凝土強度等級 C30、C40、C50 為基準(zhǔn)配合比進(jìn)行了多次對比試驗。根據(jù)混凝土減膠劑的使用方法，在 C30、C40、C50 三個混凝土強度等級配合比中分別減少水泥用量 8%（先按最少的 8% 用量比例試驗）。

1.2.3 混凝土檢驗項目

試驗中對混凝土的檢驗項目分別是坍落度、擴(kuò)展度、工作性能和抗壓強度。

2 試驗結(jié)果與討論

混凝土基準(zhǔn)配合比與摻加減膠劑配合比見表 6。

表6 單方混凝土配合比 kg/m3

2.1 不同強度等級混凝土拌合物工作性能及強度分析

本次試驗的三個強度等級 C30、C40、C50 分別做了六次，坍落度、擴(kuò)展度、抗壓強度取六次的平均值?；炷涟韬衔锘鶞?zhǔn)樣和加入混凝土減膠劑之后的工作性能及強度見表 7 所示。

由表 7 可以看出，加入混凝土減膠劑之后，新拌混凝土的坍落度、擴(kuò)展度和和易性比基準(zhǔn)樣都有明顯提高；且從現(xiàn)場情況還看出拌合物的黏聚性增強，表現(xiàn)為漿體增多、無泌水、不抓底、包裹性較好。說明混凝土減膠劑能在一定程度上改善新拌混凝土的工作性能。

表7 混凝土工作性能及強度對比

泵送方面：在泵送過程中，基準(zhǔn)配合比的混凝土坍落度偏小時，泵送困難，經(jīng)常出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，而坍落度偏大，容易發(fā)生離析堵管，調(diào)整配合比摻加減膠劑的混凝土，由于工作性能良好，有利于泵送。我們使用減膠劑 6個月以來，尤其在高層泵送中能體現(xiàn)出效果，直接泵送到 32 層，中間無堵管現(xiàn)象發(fā)生。

強度方面：普通強度等級混凝土配合比水泥置換率為 8% 時，基準(zhǔn)樣與加入混凝土減膠劑后的試配相比較，在養(yǎng)護(hù)齡期 7d、28d 的抗壓強度大體上相差不大，60d 齡期的抗壓強度都是對比樣高于基準(zhǔn)樣。說明加入混凝土減膠劑后可以使混凝土保持原有的基準(zhǔn)強度。

2.2 不同強度等級混凝土配合比成本分析對比

對試驗中三個強度等級混凝土（C30、C40、C50）基準(zhǔn)樣和加入混凝土減膠劑之后配合比試樣進(jìn)行成本分析，混凝土材料單價見表 8。

表8 混凝土原材料單價 元/噸

按照表 8 所示單價計算出的基準(zhǔn)樣與摻入混凝土減膠劑后對比樣的成本如表 9 所示。

從表 9 可以看出，加入混凝土減膠劑后，在保持與基準(zhǔn)混凝土強度不變的情況下，減少水泥用量 8%，每方能節(jié)約產(chǎn)成本 2～4元。以運城市現(xiàn)有的混凝土需方市場，一般的兩條生產(chǎn)線的混凝土攪拌站計算，年產(chǎn)量約 30 萬立方混凝土，每年可以節(jié)約材料成本約 60～120 萬元?？梢钥闯觯炷翜p膠劑的摻入具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

表9 各組混凝土經(jīng)濟(jì)成本分析表

3 工程應(yīng)用

混凝土減膠劑在 C55 現(xiàn)澆箱梁中的應(yīng)用：2019年我公司承攬了河?xùn)|西街延長線跨鐵路橋現(xiàn)澆箱梁工程，設(shè)計混凝土強度等級是 C55，方量總計 10000 立方，均使用了混凝土減膠劑。C55 混凝土由于本身強度較高，所以水泥用量較多，水泥用量高會帶來很多對工程施工和結(jié)構(gòu)的不利影響，如坍落度損失大、水化熱大、收縮裂縫等危害。所以我們設(shè)計 C55 混凝土配合比時應(yīng)在滿足設(shè)計強度等級的情況下盡可能少用水泥。經(jīng)大量試驗研究，摻用了混凝土減膠劑后，C55 混凝土比基準(zhǔn)C55 少用了 8% 的水泥，在提高了混凝土質(zhì)量的同時，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

混凝土減膠劑在機制砂中的應(yīng)用：近年來，運城市場的天然砂資源已、緊缺，為了控制成本，各混凝土公司已采用機制砂來代替天然砂。但機制砂顆粒粗糙，級配不良，顆粒分布往往表現(xiàn)為“兩頭多、中間少”，大于 5.00mm 和小于 0.08mm 顆粒（石粉）均超過 10%，2.50mm 的累計篩余量≥30%。顆粒級配的不良導(dǎo)致了新拌混凝土黏聚性、保水性差，易離析、泌水，并降低了和易性和流動性，使混凝土強度、耐久性降低，而且早期收縮增大?；炷翜p膠劑的摻入，大大改善了機制砂配制新拌混凝土的黏聚性、保水性，解決了易離析、泌水等和易性不良的問題。另外，在降低水泥用量的同時，不必要增大砂率，并能增加粗集料的用量。

從 2019年元月至今 9個月來，我公司從 C25～C55強度等級的混凝土都摻加了混凝土減膠劑，生產(chǎn)的混凝土拌合物施工性能和強度都達(dá)到了滿意的效果，得到了施工單位的認(rèn)可。其中不乏一些重點工程，如某路橋公司承建的跨鐵路工程高強度等級的 C55 的現(xiàn)澆箱梁7000 立方混凝土、某鋼廠的改造工程 45000 立方混凝土和某高層的基礎(chǔ) 3300 立方混凝土基礎(chǔ)等。在工程主體驗收中都能通過合格評定。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)過對三個強度等級混凝土的對比試驗，綜合混凝土減膠劑對混凝土拌合物的工作性能都有所改善，能增強混凝土拌合物的黏聚性、保水性，特別是能提高混凝土泵送性能，工人易于施工。

（2）在摻量為膠凝材料的 0.6% 時，使用混凝土減膠劑后，7 天、28 天的強度與基準(zhǔn)混凝土的強度基本一致，60 天的強度都超越了基準(zhǔn)混凝土。

（3）使用混凝土減膠劑可以使單方混凝土中水泥用量節(jié)約 8% 左右，能夠降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益；同時，混凝土減膠劑綠色環(huán)保，符合節(jié)能減排的發(fā)展方向，具有一定的社會效益。