混凝土减胶剂

混凝土减胶剂
本文由同济大学孙振平教授课题组胡匡艺整理
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1 引言
1.1 混凝土减胶剂的产生背景
20世纪90年代以来，由于生态文明建设对于环境保护的高标准以及混凝土质量控制的严要求，商品混凝土开始大规模替代现场搅拌混凝土应用于各种建设中。

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[1]。

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。

混凝土中高胶凝材料用量还会造成大量资源浪费，并对环境产生很大的破坏。

为保证建筑制造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胶凝材料的用量。

混凝土减胶剂就是在这种需求背景下产生的。

近几年减胶剂的生产和应用技术逐渐成熟，《混凝土减胶剂》标准已进入专家评审阶段，作为该标准编制单位之一，特撰此文，对混凝土减胶剂作一简要介绍，以飨读者。

1.2 混凝土减胶剂及其作用原理
混凝土减胶剂（Cementious Materials-Reducing Admixture for Concrete），也称混凝土增效剂，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。

混凝土减胶剂是一种区别于混凝土减水剂的新型混凝土外加剂，其形态多为无色、浅黄或浅褐色半透明液体，且一般无氯、无碱[2]。

其主要特点是在保证相同的混凝土强度等级下，能减少5%-10%的水泥用量，并且保证混凝土的力学强度不降低，同时混凝土的工作性和体积稳定性都有不同程度的改善，具有售价合适、掺
量低、与其他外加剂相容性较好等特点，因而性价比优势显著。

混凝土减胶剂的成分和性质并不完全相同[3]。

胡伟伟等人[4]认为混凝土增效剂是一种高聚物，化学结构类似于其他混凝土外加剂。

刘斌[5]利用三乙醇胺、酒石酸和马来酸酐为主要材料，添加苯酚等助剂制备了混凝土增效剂。

王强[6]利用三异丙醇胺、聚合醇胺、改性聚羧酸系减水剂、纸浆黑液提取物和水制备了混凝土增效剂。

王镇[7]公开的混凝土增效剂专利中，含有三异丙醇胺、聚合醇胺和脂肪酸脂等。

现在的水泥材料颗粒较细，当水泥颗粒遇到拌合水时，水泥颗粒在静电引力等作用下相互吸引，进而形成立体的三维絮凝结构。

拌合水中约10%-30%被包裹在絮凝结构中不能自由流动而丧失了润滑作用，使得拌合物的流动性大大降低[8]。

普通减水剂不能有效分散特细颗粒的絮凝结构，而据研究，混凝土减胶剂可以分散这些絮凝结构，因而使水泥颗粒更充分地与水接触，提高其反应活性。

混凝土减胶剂还可以充分活化具有潜在活性的矿物掺和料，从而提高胶凝材料的水化程度，达到提高混凝土强度或降低水泥用量的目的[9]。

2 混凝土减胶剂的研究现状
2.1 减胶剂对混凝土工作性能的影响
潘亚波等人[10]的研究表明，在混凝土中掺加CTF增效剂能显著改善混凝土的流动性、包裹性及保水性。

郭现钊[1]通过试验发现，掺加减胶剂使混凝土的含气量和坍落度有很大的变化，可以明显提高混凝土的含气量和坍落度，从而提高混凝土拌合物的流动性，同时混凝土和易性也得到改善。

郑平[11]研究了LBD增效剂在杭州萧山地区混凝土企业使用情况，在保持混凝土水胶比不变的情况下，减少了10%的水泥用量，结果测试得出混凝土坍落度较基准组增大，扩展度与基准组一致，增效剂的加入对混凝土凝结时间无明显影响。

刘辉[12]研究了增效剂对不同强度等级混凝土的工作性影响，发现增效剂能有效改善混凝土的工作性，特别是能减轻较高强度等级混凝土普遍出现的粘聚抓底等现象，且能减少水泥用量，节省经济成本。

赵家声[13]通过试验发现增效剂与聚羧酸系和萘系减水剂的相容性较好，能够使混凝土泌水
率减小，水泥浆体对骨料的包裹性增强，扩展度明显增加。

混凝土增效剂对混凝土工作性的影响与其掺量有关。

2.2 减胶剂对混凝土强度的影响
掺加混凝土减胶剂改善了混凝土工作性能，使得混凝土拌合物更加均匀，流动性提高。

一般认为掺加减胶剂对混凝土强度无不良影响，但不同研究者的试验结论略有差异。

潘亚波等人[10]测试了增效剂掺量0.6%、水泥用量减少15%时，C30和C50两种等级的混凝土强度，发现掺入CTF增效剂的混凝土，其3d和7d强度高于基准混凝土，28d强度则比基准组略低。

彭春元[14]研究了混凝土增效剂对C60以上混凝土强度的影响，增效剂掺量为胶凝材料质量的0.6%，水泥用量减少10%，测得的混凝土强度与基准混凝土相当。

刘辉[12]对比了掺入胶凝材料质量0.6%减胶剂的C30、C40和C50三个强度等级的混凝土，发现降低10%水泥用量，在保持水胶比不变的情况下，混凝土强度均没有明显变化，甚至部分掺入增效剂的混凝土强度高于基准混凝土；而在保证强度的基础上，掺入胶凝材料0.6%的增效剂，可节约10%的水泥甚至更多，见图1和2。

胡伟伟等人[4]通过外掺增效剂的方式研究了增效剂对使用矿物掺合料及山砂的混凝土强度的影响，发现增效剂能够激发矿物掺合料的活性，同时对山砂混凝土表现出良好的适应性，强度均明显提高。

图1 不同配合比混凝土的7d抗压强度[12]
图2不同配合比混凝土的28d抗压强度[12]
2.3 减胶剂对混凝土收缩的影响
减少胶凝材料的用量，降低水泥水化热都能够降低混凝土构件干燥环境下的体积变形。

许富[15]研究了增效剂对水泥基材料的收缩率，发现掺入增效剂、降低水泥用量能够大幅减少混凝土的收缩。

刘道胜[16]的研究表明掺入增效剂后时间越长，对混凝土收缩的抑制越显著。

类似的结论也在郑平等人[11]的研究成果中有所体现。

2.4 减胶剂与减水剂的适应性
减水剂是现代混凝土中最常用的一种外加剂，甚至已成为现代混凝土中不可缺少的一种组分，混凝土减胶剂通常是与减水剂一起使用的。

因此，展开对混凝土减胶剂与不同减水剂之间适应性的研究对减胶剂在现代混凝土中的应用具有重要意义。

孙振平等人[2]选用了聚羧酸系减水剂（PC）、萘系减水剂（NSF）及脂肪族减水剂（SAF）三种常用的高效减水剂，通过水泥胶砂流动度及水泥胶砂强度试验来检测减胶剂与三种减水剂的适应性。

试验发现，减胶剂与三种减水剂具有良好的相容性，其中减胶剂对萘系高效减水剂分散效果的提升尤为明显。

左彦峰等人[17]也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。

结果表明，减胶剂与萘系和聚羧酸系减水剂复合使用时，混凝土工作性和力
学性能未受不良影响。

3 混凝土减胶剂存在的问题
3.1 作用机理需要深入研究
学者们对混凝土减胶剂的作用机理还存在争议。

虽然大部分学者认为减胶剂的作用机理类似于“强力分散”，也就是破坏水泥拌合物浆体中极细颗粒絮凝结构从而释放出更多的包裹水分来有效水化。

但是阎培渝[9]认为，未见有研究者报告说使用减水剂后胶凝材料颗粒仍有团聚的现象，也没有相关研究成果来证明在使用一般减水剂或是高效外加剂后的胶凝材料浆体中，仍有未解聚的胶凝材料颗粒团聚体存在，因此混凝土生产企业贸然使用一种作用机理不清楚的外加剂，用于混凝土结构中会存在较大风险。

同时，不同的混凝土减胶剂，其成分和性质均不相同，因此来界定减胶剂的作用机理会较为困难。

3.2 相关标准和规范应尽快出台
目前建材行业标准《混凝土减胶剂》已进入专家评审阶段，期望能尽快报批通过。

该标准的发行实施，将统一减胶率的计算方法、减胶剂匀质性检验方法，以及减胶剂与水泥适应性检验方法等，对推动减胶剂的规范化检验与应用具有重要意义。

参考文献
[1] 郭现钊. 混凝土减胶剂的性能研究[D]. 石家庄: 石家庄铁道大学, 2014.
[2] 孙振平, 杨海静, 杨旭, 等. 混凝土减胶剂与不同减水剂的适应性研究[J]. 商品混凝土, 2014, (11): 47-48.
[3] 韩永军, 凌金, 张津践, 等. 混凝土增效剂的应用与研究进展[J]. 商品混凝土, 2015, (12): 32-35.
[4] 胡伟伟,陈尚伟,徐立斌, 等. 增效剂对矿物掺合料的激发及对山砂混凝土强度的影响[J]. 新材料新装饰, 2013, (6): 184-185.
[5] 刘斌. 一种混凝土增效剂[P]. 中国: CN103922632A, 2014-07-16.
[6] 王强. 一种混凝土增效剂及其制备方法[P]. 中国: CN102491676A, 2012-06-13.
[7] 王镇. 混凝土减水密实增效剂及其制备方法[P]. 中国: CN103449751A, 2013-12-18.
[8] 隋同波, 王晶. 混凝土高效减水剂作用机理新进展[J]. 中国建材科技,1998, (4): 10-13.
[9] 阎培渝, 李玉琳. 混凝土增效剂的作用机理与效果探讨[J]. 混凝土世界, 2014, (9): 40-41.
[10] 潘亚波, 杨阳. CTF混凝土增效剂对水泥及混凝土性能影响研究[J]. 商品混凝土, 2013, (9): 56-58.
[11] 郑平, 相玉成, 李保海, 等. LBD-Ⅰ型混凝土增效剂在混凝土企业中的应用试验[J]. 浙江建筑, 2014, 31(12): 45-47.
[12] 刘辉. 增效剂对混凝土和易性与强度的影响及实际应用[J]. 商品混凝土, 2015, (6): 71-72.
[13] 赵家声. CTF混凝土增效剂的应用研究[J]. 商品混凝土, 2013, (7): 48-50.
[14] 彭春元, 林远煌, 余斌, 等. 混凝土增效剂对C60以上混凝土性能的影响[J]. 混凝土, 2011, (5): 73-74.
[15] 许富. 增效剂CTF对水泥基材料性能的影响[D]. 长沙: 中南大学, 2011.
[16] 刘道胜. CTF增效剂在商品混凝土中的应用性能研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2012.
[17] 左彦峰, 郭群, 钱峰, 等. 混凝土减胶剂的性能与机理研究[J]. 商品混凝土, 2014, (2): 43-46.
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