减胶剂对水泥混凝土性能及胶凝材料水化作用的影响

李 巍 王高峰 曾 荣 吴有武 黄民剑 劳里林

1. 广西华润装配式建筑有限公司 广西 南宁 530000；

2. 华润水泥技术研发（广西）有限公司 广西 南宁 530000

评价混凝土好坏主要考虑强度、工作性、耐久性及经济性四方面内容。目前，混凝土减胶剂在全国各地的预拌混凝土搅拌站应用广泛，许多科研工作者也对减胶剂对混凝土的强度、耐久性、工作性及经济性的影响进行了不少研究。

从使用效果看，混凝土掺加减胶剂并按要求降低水泥用量后，强度能满足设计要求，工作性能有所改善，混凝土耐久性影响不大或者有提高，也取得良好的经济性[1-3]。但众多研究中对减胶剂在水泥混凝土中的水化影响研究甚少。本试验在对比掺与不掺减胶剂对混凝土力学性、工作性及耐久性的影响的基础上，探究了减胶剂对胶凝材料体系水化的影响。

1 试验原材料及性能指标

1）水泥：采用华润红水河牌P·O 42.5水泥，其性能指标如表1所示。

表1 水泥性能指标

2）粉煤灰：粉煤灰取自广西某电厂，其性能指标见表2。通过粉煤灰XRD图可知，该粉煤灰主要含石英和莫来石晶相，同时含大量玻璃相。

表2 粉煤灰性能指标

3）矿粉：为广西源盛S95粒化高炉矿渣粉。

4）骨料：细骨料为碎石机制砂，细度模数为3.0，属于Ⅱ类中砂；粗骨料为5～31.5 mm连续级配碎石，表观密度2 710 kg/m3，针片状含量6%，压碎值指标10%。

5）减水剂：广西红墙新材料有限公司产的聚羧酸高效减水剂，减水率为22.3%。

6）混凝土减胶剂：取自某减胶剂生产公司，其性能指标见表3。

表3 减胶剂性能指标

2 试验方法

胶凝材料的标准稠度用水量、凝结时间按GB/T 1346ü 2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》进行测定，胶砂强度按GB/T 17671ü 1999《水泥胶砂强度试验》进行测定，混凝土工作性、力学性及抗碳化性能分别按照GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、JC/T 1083ü 2008《水泥与减水剂相容性试验方法》、GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》及混凝土耐久性能按GB/T 50082－2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行测定。

浆体电阻率测定：用水泥砂浆搅拌机搅拌，搅拌锅和搅拌叶先用湿布擦拭，将拌和水和外加剂倒入搅拌锅内，然后在5～10 s内小心地将称好的2 000f 2 g胶凝材料加入水中，防止水和水泥溅出；搅拌方法按照标准GB/T 1346ü 2001进行。拌和结束后，立即将拌制好的水泥净浆装入试模内，振动刮平，盖上箱盖，防止水分蒸发。接着启动程序，开始测定电阻率至48 h结束。

3 试验结果与分析

3.1 试验结果

为了探究掺加减胶剂对混凝土工作性、强度、耐久性及经济的影响，试验采用表4中的配合比进行混凝土试验，其中减胶剂掺量分别为胶凝材料质量的0和0.5%。同时，考虑掺加减胶剂后保持混凝土强度等级的一致性和经济性，增加了一对比配比，即保持混凝土用水量不变，水胶比增加0.03，同比例降低混凝土胶凝材料的量，减胶剂量为胶材质量的0.5%，减水剂的掺量维持不变。

表4 混凝土试验配合比单位：kg/m3

3.1.1 减胶剂对混凝土工作性和力学性能的影响

根据规范，进行了出机混凝土坍落度和扩展度、含气量及混凝土28 d抗压强度试验，试验结果如表5所示。

从表5中可见，与基准样相比，单纯掺加0.5%的减胶剂后，混凝土的坍落度、扩展度及含气量较基准样均有所提高；与基准样相比，降低了胶凝材料用量后，混凝土的工作性变化不大。单纯增加减胶剂后，混凝土的28 d抗压强度较基准样增加了约5 MPa；降低胶凝材料的配比，混凝土28 d抗压强度仍然与基准样相当。

表5 混凝土工作性和力学性能试验结果

3.1.2 减胶剂对混凝土耐久性能的影响

为了研究减胶剂对混凝土耐久性的影响，开展了碳化、抗水渗透及电通量试验，试验结果如表6所示。

表6 混凝土耐久性能试验结果

从表6可以看出，单纯增加增效剂的配合比，混凝土各碳化龄期的碳化深度有所下降，其中，28 d碳化深度也较基准样低2.1 mm（24.4%）；减少了混凝土胶凝材料的配合比，各龄期的碳化性能也较基准样稍好。从抗水渗透试验来看，单纯增加了减胶剂的混凝土样，其抗渗等级较基准样高；降低胶材量的试样与基准样抗渗等级相同。关于电通量，单纯增加减胶剂后，电通量下降了280 C；降低胶材量的试样的电通量较基准样稍低。因此，从整体结果看，减胶剂的加入能提高混凝土的抗碳化和抗渗透性能。

3.1.3 减胶剂对混凝土经济性的影响

从表4～表6可以看出，减胶剂能提高混凝土的工作性、力学性和耐久性，若在增加减胶剂后保持原有混凝土性能相当，可在一定程度降低胶凝材料的用量。如表4中的Z-2与原来的基准样Z-0相比，单方混凝土的胶凝材料可降低21 kg，其中单方水泥用量降低了10 kg，若按照水泥价格为400元/t算，单方混凝土可降低4元，这对于混凝土生产商具有显著的经济效益。

3.2 试验结果分析

相关文献表明[4-6]，由于混凝土减胶剂是一种表面活性剂，具有一定的分散性能，使胶凝材料颗粒在拌和时更加分散及均匀，因此，掺加了减胶剂后，混凝土的坍落度和扩展度等有所提高，从而提高了混凝土的和易性。另外，由于减胶剂能使水泥基胶凝材料更加分散，拌和成形后的混凝土结构更加致密，强度提高，且致密的结构使二氧化碳难以进入混凝土内部，因此抗碳化能力提高，同时，混凝土由于具有更致密的结构，使其具有更高的抗水渗透性能和更低的电通量。但混凝土性能的提高，除了由于其分散性致使混凝土更致密外，是否也受水泥的化学激发作用的影响，值得进一步分析。

目前，许多文献及减胶剂生产厂家认为混凝土减胶剂的增强原理为：高效分散水泥颗粒及高效激发减水剂[7-8]。为了探索掺加减胶剂后对水泥混凝土水化激发效果的影响，设计如下试验。

3.2.1 减胶剂对胶凝材料体系水化过程的影响

按照表4中混凝土各原材料的比例（除去粗细骨料，减水剂只按胶凝材料的0.8%掺加，防止净浆流动度过大）进行2 d浆体电阻率测定，试验结果如图1所示。

图1 掺与不掺减胶剂对浆体水化过程电阻率的影响示意

结合图1对比胶凝材料不掺加减胶剂（Z-0）和掺加减胶剂（Z-1）曲线的变化可知，Z-1曲线出现最低点的时间延长，且电阻率最低值较基准样低，说明胶凝材料掺加减胶剂后，体系早期电阻率低，溶出的离子更多；同时，曲线Z-1在1 150 min处出现电阻率下降的现象，1 200 min处的电阻率达到极小值，随后往上增加，说明掺加减胶剂后，胶凝材料于1 150 min左右开始溶出更多离子，使体系电阻率下降，到1 200 min时溶出离子浓度达到极大值，随水化时间的增加，体系电阻率不断增加，溶出的离子不断生成更多的水化产物，使强度不断提高。

图2为测试完浆体电阻率第2天脱模后进行的XRD分析图谱（即为浆体3 d的XRD分析）。

图2 掺与不掺减胶剂浆体XRD测试图

由图2可知，Z-0与Z-1水化产物相同，但Z-1氢氧化钙含量较低，碳铝酸钙含量较高。可能是由于减胶剂激发体系的离子浓度提高，致使水化反应向产物方向发展快，形成更多的碳铝酸钙，使混凝土结构更加密实，强度更高，抗碳化能力提高。

可见，减胶剂对水泥、矿粉、粉煤灰三元胶凝材料体系确实起到激发效果，促使体系前期溶出更多离子。为进一步探究并验证减胶剂对哪种原材料起主要激发作用，设计如下试验。

3.2.2 减胶剂对不同原材料种类激发效果的影响

试验不采用减水剂，减胶剂掺量为胶凝材料质量的0～1%，递增间隔为0.2%。试验方法按照GB/T 17671ü 1999《水泥胶砂强度试验》进行。除减胶剂外，其他原材料的胶砂配合比如表7所示。

表7 基准样胶砂配合比

定义减胶剂激发提高指数为：掺加一定掺量减胶剂的胶砂试件和不掺加减胶剂的胶砂试件强度之差与不掺加减胶剂的试件胶砂强度的百分比。试验结果如表8所示。

表8 减胶剂激发提高指数试验结果

从表8可见，减胶剂在不含减水剂的情况下仍然具有良好的激发作用。同时，掺粉煤灰的胶砂激发提高指数最高可达21.6%，掺矿粉的胶砂激发提高指数最低，甚至最高可降低5.3%。

因此，减胶剂促进了粉煤灰玻璃体早期不断溶出，体系溶解更多的离子，电阻率降低，这与图1试验结果相符合。同时，溶出的离子不断反应，形成更多的水化产物，使水泥混凝土结构更密实。

综上，减胶剂所具有的分散性不仅能提高混凝土的致密性，其化学激发作用也提高了混凝土的密实度，其双重作用使混凝土具有更好的工作性、力学性和耐久性，同时具有更好的经济性。

4 结语

1）减胶剂在混凝土中具有较强的分散作用，能提高混凝土的工作性，增加混凝土拌和物的密实度，提高混凝土的强度和抗碳化性能。

2）掺加减胶剂后，粉煤灰玻璃体溶解速度加快，体系电阻率降低，溶出的离子互相反应生成更多碳铝酸钙等水化产物，使水泥混凝土结构更加密实。

3）减胶剂在不掺减水剂的情况下对水泥混凝土仍然具有较强的激发作用，且对粉煤灰的激发效果最明显，对矿粉几乎无激发效果。