复合减胶型减水剂成本节约的应用

方帅

摘 要：当下建筑业为了满足更高的混凝土性能要求而日益增加混凝土膠材用量，由此也带来了不少新问题。减胶剂的出现大大缓解了这一问题，通过试验探索明确减胶型减水剂的使用可降低胶材用量、提升混凝土工作性能的同时带来一定的经济效益，其应用前景广阔。

关键词：减胶剂;减胶型减水剂;经济效益

中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：2096-6903（2022）08-0090-03

0 引言

随着国家建设的蓬勃发展，建筑行业对混凝土的要求逐步提高，不只在混凝土性能方面，基于生态文明及环境保护的高标准对混凝土质量控制更是提出了严要求[1]。为了满足日益提高的混凝土工作性能要求，现今施工采用的混凝土配合比胶材用量普遍大于350 kg/m?。高胶材带来混凝土优秀工作性能的同时也带来了新问题，比如大体积混凝土易开裂，特别是在水胶比较低的情况下，开裂现象尤为严重。同时在国家大力打造资源节约型社会的当下，高胶材易造成大量的资源浪费，并且对环境产生一定的破坏。因此，为了保证建筑行业的可持续性健康发展，提高资源利用率，减胶剂应运而生，对其应用效果及实际经济效益的探索研究意义重大。

1 混凝土减胶剂和减水剂概述

1.1 减胶剂概述

混凝土应用减胶剂的方式被广泛地应用在当前的建筑工程中，减胶剂的使用有相应的行为标准：JC/t2469-2018《混凝土减胶剂》[2]。具体进行应用时，一类全新的配料掺拌混合的方式就是混凝土中掺拌减胶剂，应根据相应的比例开展适配实验。通过具体研究，这类掺拌方法能够更好地保证混凝土具体应用中各种性能的稳定性，且能有效减少混凝土中的水泥掺混数量，使混凝土实际应用中材料的利用率得以有效提高。然而，在具体的推广中，因为地域性等因素存在，从而导致实际应用于推广中会有各类状况出现[3]。比如，工作性能降低、胶凝材料降低以及力学性能降低等，从而使得实际应用中，这个试剂没有良好的作用。所以想要将减胶剂的应用性能进行提高，需要持续进行研究，逐一解决各地在使用过程中出现的问题，使其能有效、合理地应用于各种建筑中，以实现减胶剂推广效果的有效提高。

1.2 减水剂概述

减水剂作为一类混凝土的外加剂，可在将混凝土塌落度维持不变的状况下，降低拌合用水量。多数是阴离子表面活性剂，涵盖了萘磺酸盐、木质素磺酸盐等甲醛聚合物，掺入混凝土拌合料后，可以分散水泥颗粒，改善其和易性，降低单位用水量，提高混凝土拌合物的流动性，节约或减少水泥用量。

1.2.1 减水剂对硬化水泥石结构的影响

因减水剂具有一定的分散作用，所以可让水泥粒子大多时候保持隔离状态，从而在水化初期使水泥粒子的反应面积增大，减水剂分散作用越好且效果就越显著，此阶段水泥水化反应以溶解-水化-结晶过程方式开展。除表面积以后，也有盐效应、形成不稳定络合物等，都会加大溶解密度，可提升水泥溶剂过程，进而增加水化物。尽管减水剂成膜会影响其反应，然而影响却不大，它的综合效果会使初期水化反应速度提升。

水泥当完成终凝之后，会出现几何形状。初始阶段形成的主要是发育欠佳的微晶凝聚体，抑或叫作水化物凝胶。这部分尺寸不大的微晶，会在水泥熟料的颗粒表面上无规则地沉积。持续水化让这部分微晶呈现辐射形状不断向外部生长，进而形成纤维状晶体，其末端尖细且有分岔。这部分纤维状晶体在水泥粒子周围生长，并有很多大小不相等的孔隙形成，中间有水分包裹。继续水化会让纤维状晶体不断向外伸长，让水泥粒子互相搭接最终能够形成三度空间的网络结构，持续水化让网络结构不断密实而提高强度。

减水剂可以延缓胶凝体向结晶体的转化过程，这是因为减水剂会让溶解度增加，并提高了溶解速度。在初始阶段加入减水剂后，亚稳状态下有更多的微晶聚集体，表面的一层减水剂膜阻碍和延迟了从微晶到结晶状态的转变过程。基于热力学稳定视角，小颗粒有很大的表面积，且表面自由能Z值高，热力学状态不稳，微晶凝聚体会自动溶解并重新在晶体表面沉积，使其进入减水剂，从而减少固液界面的生长，添加的界面能使变化过程的自由能变化（-△Z）变小，从而削弱凝胶体的转化过程。

在反应变化过程中，水化产物不断在水泥颗粒表面积聚。前阶段的速度越快，产物就会越多，那么最后在水泥颗粒上覆盖的水化物就会越多，然而，其还尚未构成对反应速度的主控因素。这个阶段中，水化反应主要依旧是溶解反应过程，且液体也已基本接近饱和，控制反应速度的离子扩散速度接近常熟，几种作用的综合作用让水化反应速率保持不变。加入减水剂所形成的络合物会使反应物参与反应能力受到影响;所形成的膜也会影响水化反应;减水剂对水分子的缔合作用会阻碍水分子运动，前一阶段水化产物的数量会直接影响到此阶段的速度，所以，通过减水剂的加入后，可减慢此阶段水泥水化反应的速度。

水化反应的中后期，当水化产物到达一定的厚度以后，水分子通过水化产物层的扩散速率将是控制水化反应的关键因素，水化反应通过固相反应式开展。通过减水剂的加入，让毛细孔中的水成了一定减水剂浓度溶液，基于渗透压对扩散的发作用，会影响到水分子不断向水化产物层扩散，进而减少毛细孔的孔径，进而使孔中水分内聚力增加， 从而束缚水分子，加之络合与成膜等作用，减水剂会减慢水泥中后期的水化反应速度。

从孔结构来看，减水剂的主要用途之一是降低用水量，会让硬化水泥石中的毛细孔径逐渐变小，孔隙体积减小。由于分散和结晶抑制，在不降低耗水量的情况下，尽管总孔隙体积没有太大改变，但会让毛细孔径逐渐变小，这会有效促进水泥强度的显著提升。

2 试验探索

基于中铁五局贵南高铁引入南宁枢纽工程已成熟使用的C40、C35、C30三个配合比，分别对其进行基准和掺入减胶剂的对比组进行试拌，同时对各组的混凝土和易性及强度进行统计分析，确认减胶剂成本节约效果[4]。

2.1 原材料情况

本次试验所用基准减水剂为山西金万康生产JWK-1缓凝型减水剂，对比减水剂为采用山西金万康生产的减胶剂与基准减水剂进行复配所得的减胶型复合减水剂，复配时按照基准减水剂原掺量及减胶剂厂家推荐掺量按比例掺配。水泥采用广西登高集团生产的P.O 42.5水泥，掺合料为国电南宁发电有限责任公司II级粉煤灰，集料为武鸣区双武矿石场机制砂及5～31.5 mm碎石，质量指标满足TB10424-2018 铁路混凝土工程施工质量验收标准[5]，混凝土减胶剂满足JC/T2469-2018验收标准。

2.2 试验配合比

试验所用C30、C35、C40基准及对比配合比情况如表1所示。

本次探索首先进行了试验室室内试拌，对比混凝土进行了基准减水剂及减胶剂的双掺试验，在厂家推荐的减胶10%基础上，进行了5%、10%减胶性能对比，通过室内对比试验的比对分析，初步确认了减胶剂的应用效果[6]。在此基础上，将基准减水剂与减胶剂按照掺量比例进行复配成为减胶型减水剂，将该复配减水剂应用于拌和楼试生产并应用于试验段浇筑，对各项性能数据进行综合分析以验证减胶型减水剂的实际应用效果。

具体试验方法为按照配合比，将各项原材料通过HJW-60型强制搅拌机搅拌180 s后，测试拌和物性能后成型150×150×150 mm标准立方体抗压试件，室温养护24 h后脱模置于标准养护室养护至各龄期后进行抗压强度试验，依据最终结果进行分析。

3 试验结果及应用效益分析

3.1 室内双掺试验

试验中的每个配合比均进行了三组试验：A组为基准配合比;B组为对比试验一，胶材降低5%，采用基准减水剂与减胶剂双掺;C组为对比试验二，胶材降低10%，采用基准减水剂与减胶剂双掺。

通过试拌混凝土性能测定可以发现，各配合比试拌性能均能满足施工要求，坍落度在180～220 mm[7]。试验过程中基准配合比及对比配合比均未出现泌水、沉底等现象，混凝土包裹性良好，流动性较基准混凝土有显著提升。在出机坍落度基本一致的情况下，各配合比保坍性能良好，基准配合比与对比配合比1 h坍落度经时变化量均小于10 mm。

3.2 减胶型复合减水剂实际应用

在室内试验基础上，将基准减水剂与减胶剂按照掺量比例5：3进行复配成为减胶型减水剂，使用相同的原材料，将该复配减水剂应用于拌和楼试生产并应用于试验段浇筑，对三个配合比分别进行基准及减胶10%对比试验段，对浇筑数据进行汇总分析，强度统计如表2。

采用减胶型减水剂生产的减胶混凝土，在达到施工要求的坍落度时，其保水性、粘聚性良好，未出现泌水、沉底现场，流动性良好，其和易性较基准混凝土有一定改善，能适应现场施工需求。通过减胶型减水剂的试验段浇筑强度统计分析可以发现，该复合减水剂采用搅拌楼生产应用于实际生产中能起到与室内试验同等的强度提升效果。

同时，通过观察由相同坍落度、相同浇筑及振捣工艺成型的基准混凝土及对比混凝土大体积试验块可以发现，自然养护条件下，对比混凝土试验块裂纹数量明显减少，平均裂缝宽度变小，说明降低胶材后大体积混凝土水化热降低，同时由减胶剂作用机理带来的保水效用，降低了混凝土收缩率，在上述正面影响下，大体积混凝土开裂问题得到了有效缓解。

由此可知，减胶剂应用于现场施工可以改善混凝土和易性、提高混凝土强度的同时，减少胶材用量，降低混凝土收缩率，有效缓解大体积混凝土开裂问题。

3.3 减胶剂应用效益分析

通过上述试验可以确定在减胶剂推荐掺量下减胶10%时，混凝土各项性能表现优异。结合当下原材料价格，P.O 42.5水泥450元/t，粉煤灰210元/t，减水剂3500元/t，1.0%掺量，减胶剂1400元/t，0.6%掺量，复配后减水剂加减胶剂4000元/吨。使用减胶剂后每方C40、C35、C30混凝土原材料成本分别可以降低15.6元、14.5元、12.4元;复配后每方C40、C35、C30进一步便宜1.7元、1.5元、1.3元。關键是复配后减水剂施工方便，减少计量误差，该经济效益随着混凝土等级的提高而提高，在运输困难的地方单方价值节约更高。另一方面，减胶剂的应用使得混凝土使用相对较低的胶材，获得更高的构件性能，一定程度上提高了资源利用率，具有巨大的推广价值。

4 结语

综上所述，减胶剂的应用使得混凝土可以在满足施工需求的条件下，降低胶材用量，提高混凝土的密实度，改善混凝土包裹性，提高其流动度，极大地改善混凝土和易性，同时能显著提高混凝土后期强度，降低混凝土水化热及收缩率，有效缓解大体积混凝土开裂的问题。关键是，减胶剂可降低混凝土原材料成本，为建筑行业带来巨大的经济效益，同时提高资源利用率，有效助力建筑业的可持续性发展。

参考文献

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