減膠劑在混凝土中的應用研究

吉國利

（運城市海鑫海天混凝土有限公司，山西 運城 044000）

隨著科學技術的進步，混凝土結構有了長足的發展，到目前為止，幾乎沒有出現什么新型材料能代替混凝土的應用。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，這種現象更加嚴重。為了改善混凝土的工作性能，國內外加劑行業近年來迅速發展，市場上出現的各種外加劑已經逐步成為混凝土必不可少的優選材料，雖然這些外加劑可以改善混凝土拌合物的某種性能，但沒有對應以改善或保持混凝土綜合性能不變的情況下同時具有節能減排功效的外加劑。現在市場上出現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，其已經在行業內，特別是南方地區廣泛應用，但在運城地區還在初步試驗階段。

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上可以優化混凝土配合比，起到節約成本、節能降耗的作用。建材行業標準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的不充分，如果過摻的話，不但不能改善混凝土質量，還會造成泌水甚至離析等混凝土質量問題，給實際生產應用帶來了潛在的風險。減膠劑有利于降低過摻的風險，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，從而能夠達到保水效果。

（3）減少水泥用量：有關資料顯示，在自然環境下，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，真正實現配合比的進一步優化。

鑒于混凝土減膠劑在商品混凝土、管樁等混凝土領域的應用越來越廣泛，本文主要從混凝土的工作性能、強度、經濟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任公司 P·O42.5 級水泥，依據 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標準，其檢驗的物理技術性能指標結果如表 1。

表1 冀東 P·O42.5 水泥物理性能指標

（2）粉煤灰

選用河津電廠生產的 Ⅱ 級 F 類粉煤灰，依據 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標準，其檢驗的物理技術性能指標結果如表 2。

表2 粉煤灰物理性能指標 %

（3）S95 級礦渣粉

選用威頓水泥粉磨站生產的 S95 級礦渣粉，依據GB/T 18046—2017《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》標準，其檢驗的物理技術性能指標結果如表 3。

表3 礦渣粉物理性能指標

（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 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法》標準，其檢驗的物理技術性能指標見表 4。

表4 砂子（混合砂）技術性能指標

（5）粗骨料

選用運城三路里生產的 5～25mm 連續級配碎石，依據 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法》標準，其檢驗的物理技術性能指標見表 5。

表5 碎石技術性能指標

（6）外加劑

選用山西金凱奇有限公司生產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 試驗目的

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準》進行混凝土工作性能試驗；按照 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進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濟效益。

1.2.2 試驗過程

根據廣州市三駿建材科技有限公司提供的混凝土減膠劑產品，試驗室以公司常用的混凝土強度等級 C30、C40、C50 為基準配合比進行了多次對比試驗。根據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、擴展度、工作性能和抗壓強度。

2 試驗結果與討論

混凝土基準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、擴展度、抗壓強度取六次的平均值。混凝土拌合物基準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、擴展度和和易性比基準樣都有明顯提高；且從現場情況還看出拌合物的黏聚性增強，表現為漿體增多、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，基準配合比的混凝土坍落度偏小時，泵送困難，經常出現堵管現象，而坍落度偏大，容易發生離析堵管，調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出效果，直接泵送到 32 層，中間無堵管現象發生。

強度方面：普通強度等級混凝土配合比水泥置換率為 8% 時，基準樣與加入混凝土減膠劑后的試配相比較，在養護齡期 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）基準樣和加入混凝土減膠劑之后配合比試樣進行成本分析，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，在保持與基準混凝土強度不變的情況下，減少水泥用量 8%，每方能節約產成本 2～4元。以運城市現有的混凝土需方市場，一般的兩條生產線的混凝土攪拌站計算，年產量約 30 萬立方混凝土，每年可以節約材料成本約 60～120 萬元。可以看出，混凝土減膠劑的摻入具有十分可觀的經濟效益。

表9 各組混凝土經濟成本分析表

3 工程應用

混凝土減膠劑在 C55 現澆箱梁中的應用：2019年我公司承攬了河東西街延長線跨鐵路橋現澆箱梁工程，設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構的不利影響，如坍落度損失大、水化熱大、收縮裂縫等危害。所以我們設計 C55 混凝土配合比時應在滿足設計強度等級的情況下盡可能少用水泥。經大量試驗研究，摻用了混凝土減膠劑后，C55 混凝土比基準C55 少用了 8% 的水泥，在提高了混凝土質量的同時，取得了一定的經濟效益。

混凝土減膠劑在機制砂中的應用：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。混凝土減膠劑的摻入，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，生產的混凝土拌合物施工性能和強度都達到了滿意的效果，得到了施工單位的認可。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 3300 立方混凝土基礎等。在工程主體驗收中都能通過合格評定。

4 結論

（1）經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 天的強度與基準混凝土的強度基本一致，60 天的強度都超越了基準混凝土。

（3）使用混凝土減膠劑可以使單方混凝土中水泥用量節約 8% 左右，能夠降低生產成本，為企業帶來一定的經濟效益；同時，混凝土減膠劑綠色環保，符合節能減排的發展方向，具有一定的社會效益。