混凝土减胶剂与不同减水剂的适应性研究

  摘要：本文通过水泥胶砂流动度、水泥胶砂强度及水泥水化温升速率测定试验得出以下结论：混凝土减胶剂（记为：CRA）具有微弱的分散作用，在分别与聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂及脂肪族高效减水剂混合使用时能够提升三种减水剂的分散效果，其中，对萘系高效减水剂分散效果的提升作用尤为明显。另一方面，随着CRA掺量的增加，其对水泥胶砂强度的增强作用越加明显，与三种高效减水剂混合使用时能提高水泥胶砂28d抗压强度。这些结果表明，CRA与三种减水剂的适应性良好。水泥水化温升速率测试结果表明，随着CRA掺量的增加，水泥早期水化被不断延缓，但1d内水化放热量相当，即水泥水化程度相当，因此CRA对胶砂强度的增强作用可能是由于其对水泥浆体内部结构的优化所致。

  关键词：混凝土减胶剂；聚羧酸减水剂；萘系高效减水剂；脂肪族高效减水剂；适应性

  1 前言

  混凝土减胶剂（也称为混凝土增效剂，记为CRA：Cement Reducing Agent）是近几年在建筑市场上新兴的一种功能型混凝土外加剂，其形态为无色或浅褐色半透明液体，且无氯无碱。相关厂家的技术人员在CRA的推广使用过程中表示，当CRA在混凝土中的掺量为胶凝材料的0.6%~1.0%时，可使每方混凝土在降低8%~15%胶材用量的情况下，与未掺CRA的混凝土强度大致相当，进而达到减胶的效果。其作用机理通常被描述为，CRA通过高效激发水泥颗粒分散度，从而能够最大限度激发水泥的实际作用，使水泥的水化反应可以更加充分，因此可以增加水泥浆体的数量和粘结力，改善混凝土综合性能，节省实际工程建设中混凝土的水泥用量。同时，CRA还可以使混凝土富余水泥发挥功效，保证混凝土的强度。

  CRA自2009年下半年进入市场以来，凭借着其在混凝土应用中表现出的优异的增强及减胶能力，已在全国多个地区的许多混凝土生产企业中获得应用，并带来了显著的经济效益。此外，一些科研院所也将目光投向了此类产品，从已发表的文献中我们了解到，关于CRA的研究主要集中在：CRA对混凝土拌合物工作性、混凝土强度及经济效益的影响，使用CRA后混凝土配合比的调整方法研究及CRA的作用机理等。潘亚波等[1]的研究表明，CRA加入到混凝土中，能显著改善混凝土的流动性、包裹性及保水性。程臻赟[2]指出CRA使混凝土内部形成了稳定而细密的气孔，均化了混凝土结构，隔断了毛细孔，从而提高了混凝土的抗渗性和抗冻性能。陈泗桂[3]通过对CRA在山西地区使用情况资料的整理与总结，提出了一些关于CRA在混凝土配合比调整方法上的宝贵建议。例如，水泥方面可减少8%的用量，强度富余时，酌情逐步多减；而用水量在保证与基准样同坍落度的前提下，减少（5-12）kg水，保证水胶比比基准样略大0.01~0.02；当矿渣粉添加量低于60kg/m3时，建议不减矿渣粉，当矿渣粉添加量在60kg/m3以上时，可以酌情减少6%~10%左右的矿渣粉；粉煤灰用量一般不减少；在保证基准容重或基本一致的前提下，将减少的重量部分（水和胶凝材料）补充到砂石上，实际操作时应根据拌合物的情况适当调整砂石用量；CRA按照减掉水泥和矿渣粉后总胶凝材料的0.6%~1.0%添加。而彭春元[4]和陈博[5]等更是将CRA应用到了C60，甚至是C80这样的高强混凝土中，在保证了混凝土强度发展的前提下，减少了胶凝材料的用量。

  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，CRA通常是与减水剂一起使用的。因此，展开对CRA与不同减水剂之间适应性的研究对CRA在现代混凝土中的应用具有重要意义。本文选用了聚羧酸减水剂（PC）、萘系高效减水剂（NSF）及脂肪族高效减水剂（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CRA与三种减水剂的适应性，为CRA在现代混凝土中的应用起到一定的指导作用。

  2 试验

  2.1 试验原材料

  水泥：基准水泥。

  砂：细度模数为2.2的河砂。

  CRA：一种常用的市售减胶剂。

  聚羧酸减水剂：实验室自行合成。

  萘系高效减水剂：ZWL-Ⅴ型中浓高效减水剂，由浙江五龙新材股份有限公司提供。

  脂肪族高效减水剂：由浙江五龙新材股份有限公司提供。

  2.2 试验方法

  水泥胶砂流动度试验及水泥胶砂强度试验分别按照《水泥胶砂流动度测试方法》（GB/T 2419-2005）及《水泥胶砂强度检测方法》（GB/T 17671-1999）规定的方法进行测试。

  采用试验室自行设计的温度记录仪对掺加CRA的水泥浆体进行水泥水化温升速率的测定。测定原理及步骤如下：称取60g拌制好的待测浆体并置于保温杯中，向浆体中插入一根测温传感器后将保温杯及浆体一同放入保温箱中，利用温度记录仪记录下相同时间间隔下的浆体温度，从而得到水泥水化的温升曲线。

  3 试验结果与讨论

  3.1 水泥胶砂流动度试验

  本文拟通过水泥胶砂流动度试验来了解CRA在单独使用及分别与三种高效减水剂混合使用时对水泥胶砂流动度的影响，具体试验内容如下：

  （1）CRA掺量对水泥胶砂流动度的影响：将不掺加任何外加剂的水泥胶砂组记为基准组，调整水灰比（W/C）使砂浆流动度达到（180±5）mm，在此水灰比条件下，测试不同CRA掺量（本试验采用了0.30%、0.60%及0.90%三种掺量，相对于水泥质量的折固掺量，下同）下的胶砂流动度。

  （2）CRA分别与三种高效减水剂混合使用时对水泥胶砂流动度的影响：从使用效果和经济性两方面考虑，本文研究了CRA在0.60%掺量下分别与三种高效减水剂混合使用时对水泥胶砂流动度的影响，三种高效减水剂的掺量以达到10%砂浆减水率时的掺量为准。

  由表1可知，CRA单独掺加时具有一定的分散作用，且随着CRA掺量的增加，其分散作用越显著。此外，CRA在与三种高效减水剂混合使用时同样也显示出一定的叠加效应，即提升了三种高效减水剂的分散效果，这也初步表明，CRA与三种高效减水剂的适应性良好。

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  3.2 水泥胶砂强度试验

  本文研究了不同CRA掺量对胶砂强度的影响及CRA与三种高效减水剂混合使用时对胶砂强度的影响这两方面内容，具体试验内容是在3.1节基础上展开的，测试结果见表2。

  从表2可以看出，CRA掺量的提高对水泥胶砂抗折强度几乎没有影响，但却使水泥胶砂各龄期的抗压强度均有所提升，其中，28d抗压强度相比于基准组分别提升了3.5%、10.5%和15.0%。这表明，当CRA掺量大于0.6%后，其对强度的提升空间将减小。

  从CRA与三种高效减水剂混合使用时对水泥胶砂强度影响的试验结果中可以看出，CRA与PC混合使用时，CRA能改善胶砂各龄期的抗折强度与抗压强度。CRA与NSF相混合使用时，其胶砂抗折强度并未得到改善，而胶砂抗压强度也基本与对照组相同。CRA与SAF混合使用时，其对胶砂抗折强度影响不大，但改善了胶砂各龄期抗压强度。总的来说，CRA与三种高效减水剂混合使用时，对水泥胶砂强度并无显著的不利影响，基本上都能保证28d强度有所提高。

  3.3 CRA对水泥水化速率的影响

  为了解CRA对水泥水化速率的影响，本文测定了一定水灰比（W/C=0.29）条件下不同CRA掺量（0、0.3%、0.6%及0.9%）时水泥水化温升的发展情况，结果如图1所示。

  图1 不同CRA掺量对水泥水化温升速率的影响

  由图1可以看出，随着CRA掺量的增加，水泥的水化进程被不断延缓，虽然掺加CRA的水泥浆体的水化温峰显著大于基准组，但对四条曲线进行积分（积分所求的峰面积值与浆体放热量成正比）后发现，四组浆体的水化放热量相当，即四组水泥的水化程度相当。

  4 结语

  （1）CRA与聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂及脂肪族高效减水剂三种减水剂具有良好的相容性，混合使用时能提高减水剂的分散效果。其中，CRA对萘系高效减水剂分散效果的提升尤为明显。

  （2）随着CRA掺量的提高，水泥早期水化被不断延缓，但当CRA掺量不大于0.9%时，掺加CRA与不掺加CRA的水泥浆体具有相当的水化放热量，即水泥水化程度相当。此时，CRA对水泥胶砂强度的提升作用很可能与其改善浆体内部结构有关。

  （3）目前，关于CRA在混凝土中应用技术的报道很多，但关于CRA作用机理及其应用于混凝土中对混凝土耐久性影响的研究并不多见且不够深入，完善此方面的工作将为CRA的推广提供必要的理论指导和技术支持。

  参考文献

  [1] 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: 033.

  [2] 程臻赟. CTF 混凝土增效剂对混凝土耐久性的影响研究[J]. 甘肃水利水电技术, 2012, 48(8): 27-29.

  [3] 陈泗桂, 王丹, 刘雅晋, 等. 使用 CTF 混凝土增效剂配合比调整方法总结[J]. 商品混凝土, 2013, 10: 032.

  [4] 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.

  [5] 陈博, 刘伟. CTF 混凝土增效剂于管桩当中的研究应用[J]. 广东建材, 2012, 28(9): 35-36.