混凝土減膠劑與不同減水劑的適應(yīng)性研究

  摘要：本文通過水泥膠砂流動度、水泥膠砂強度及水泥水化溫升速率測定試驗得出以下結(jié)論：混凝土減膠劑（記為：CRA）具有微弱的分散作用，在分別與聚羧酸減水劑、萘系高效減水劑及脂肪族高效減水劑混合使用時能夠提升三種減水劑的分散效果，其中，對萘系高效減水劑分散效果的提升作用尤為明顯。另一方面，隨著CRA摻量的增加，其對水泥膠砂強度的增強作用越加明顯，與三種高效減水劑混合使用時能提高水泥膠砂28d抗壓強度。這些結(jié)果表明，CRA與三種減水劑的適應(yīng)性良好。水泥水化溫升速率測試結(jié)果表明，隨著CRA摻量的增加，水泥早期水化被不斷延緩，但1d內(nèi)水化放熱量相當(dāng)，即水泥水化程度相當(dāng)，因此CRA對膠砂強度的增強作用可能是由于其對水泥漿體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化所致。

  關(guān)鍵詞：混凝土減膠劑；聚羧酸減水劑；萘系高效減水劑；脂肪族高效減水劑；適應(yīng)性

  1 前言

  混凝土減膠劑（也稱為混凝土增效劑，記為CRA：Cement Reducing Agent）是近幾年在建筑市場上新興的一種功能型混凝土外加劑，其形態(tài)為無色或淺褐色半透明液體，且無氯無堿。相關(guān)廠家的技術(shù)人員在CRA的推廣使用過程中表示，當(dāng)CRA在混凝土中的摻量為膠凝材料的0.6%~1.0%時，可使每方混凝土在降低8%~15%膠材用量的情況下，與未摻CRA的混凝土強度大致相當(dāng)，進而達到減膠的效果。其作用機理通常被描述為，CRA通過高效激發(fā)水泥顆粒分散度，從而能夠最大限度激發(fā)水泥的實際作用，使水泥的水化反應(yīng)可以更加充分，因此可以增加水泥漿體的數(shù)量和粘結(jié)力，改善混凝土綜合性能，節(jié)省實際工程建設(shè)中混凝土的水泥用量。同時，CRA還可以使混凝土富余水泥發(fā)揮功效，保證混凝土的強度。

  CRA自2009年下半年進入市場以來，憑借著其在混凝土應(yīng)用中表現(xiàn)出的優(yōu)異的增強及減膠能力，已在全國多個地區(qū)的許多混凝土生產(chǎn)企業(yè)中獲得應(yīng)用，并帶來了顯著的經(jīng)濟效益。此外，一些科研院所也將目光投向了此類產(chǎn)品，從已發(fā)表的文獻中我們了解到，關(guān)于CRA的研究主要集中在：CRA對混凝土拌合物工作性、混凝土強度及經(jīng)濟效益的影響，使用CRA后混凝土配合比的調(diào)整方法研究及CRA的作用機理等。潘亞波等[1]的研究表明，CRA加入到混凝土中，能顯著改善混凝土的流動性、包裹性及保水性。程臻赟[2]指出CRA使混凝土內(nèi)部形成了穩(wěn)定而細密的氣孔，均化了混凝土結(jié)構(gòu)，隔斷了毛細孔，從而提高了混凝土的抗?jié)B性和抗凍性能。陳泗桂[3]通過對CRA在山西地區(qū)使用情況資料的整理與總結(jié)，提出了一些關(guān)于CRA在混凝土配合比調(diào)整方法上的寶貴建議。例如，水泥方面可減少8%的用量，強度富余時，酌情逐步多減；而用水量在保證與基準樣同坍落度的前提下，減少（5-12）kg水，保證水膠比比基準樣略大0.01~0.02；當(dāng)?shù)V渣粉添加量低于60kg/m3時，建議不減礦渣粉，當(dāng)?shù)V渣粉添加量在60kg/m3以上時，可以酌情減少6%~10%左右的礦渣粉；粉煤灰用量一般不減少；在保證基準容重或基本一致的前提下，將減少的重量部分（水和膠凝材料）補充到砂石上，實際操作時應(yīng)根據(jù)拌合物的情況適當(dāng)調(diào)整砂石用量；CRA按照減掉水泥和礦渣粉后總膠凝材料的0.6%~1.0%添加。而彭春元[4]和陳博[5]等更是將CRA應(yīng)用到了C60，甚至是C80這樣的高強混凝土中，在保證了混凝土強度發(fā)展的前提下，減少了膠凝材料的用量。

  減水劑是現(xiàn)代混凝土中最常用的一種外加劑，甚至已成為現(xiàn)代混凝土中不可缺少的一種組分，CRA通常是與減水劑一起使用的。因此，展開對CRA與不同減水劑之間適應(yīng)性的研究對CRA在現(xiàn)代混凝土中的應(yīng)用具有重要意義。本文選用了聚羧酸減水劑（PC）、萘系高效減水劑（NSF）及脂肪族高效減水劑（SAF）三種常用的高效減水劑，通過水泥膠砂流動度及水泥膠砂強度試驗來檢測CRA與三種減水劑的適應(yīng)性，為CRA在現(xiàn)代混凝土中的應(yīng)用起到一定的指導(dǎo)作用。

  2 試驗

  2.1 試驗原材料

  水泥：基準水泥。

  砂：細度模數(shù)為2.2的河砂。

  CRA：一種常用的市售減膠劑。

  聚羧酸減水劑：實驗室自行合成。

  萘系高效減水劑：ZWL-Ⅴ型中濃高效減水劑，由浙江五龍新材股份有限公司提供。

  脂肪族高效減水劑：由浙江五龍新材股份有限公司提供。

  2.2 試驗方法

  水泥膠砂流動度試驗及水泥膠砂強度試驗分別按照《水泥膠砂流動度測試方法》（GB/T 2419-2005）及《水泥膠砂強度檢測方法》（GB/T 17671-1999）規(guī)定的方法進行測試。

  采用試驗室自行設(shè)計的溫度記錄儀對摻加CRA的水泥漿體進行水泥水化溫升速率的測定。測定原理及步驟如下：稱取60g拌制好的待測漿體并置于保溫杯中，向漿體中插入一根測溫傳感器后將保溫杯及漿體一同放入保溫箱中，利用溫度記錄儀記錄下相同時間間隔下的漿體溫度，從而得到水泥水化的溫升曲線。

  3 試驗結(jié)果與討論

  3.1 水泥膠砂流動度試驗

  本文擬通過水泥膠砂流動度試驗來了解CRA在單獨使用及分別與三種高效減水劑混合使用時對水泥膠砂流動度的影響，具體試驗內(nèi)容如下：

  （1）CRA摻量對水泥膠砂流動度的影響：將不摻加任何外加劑的水泥膠砂組記為基準組，調(diào)整水灰比（W/C）使砂漿流動度達到（180±5）mm，在此水灰比條件下，測試不同CRA摻量（本試驗采用了0.30%、0.60%及0.90%三種摻量，相對于水泥質(zhì)量的折固摻量，下同）下的膠砂流動度。

  （2）CRA分別與三種高效減水劑混合使用時對水泥膠砂流動度的影響：從使用效果和經(jīng)濟性兩方面考慮，本文研究了CRA在0.60%摻量下分別與三種高效減水劑混合使用時對水泥膠砂流動度的影響，三種高效減水劑的摻量以達到10%砂漿減水率時的摻量為準。

  由表1可知，CRA單獨摻加時具有一定的分散作用，且隨著CRA摻量的增加，其分散作用越顯著。此外，CRA在與三種高效減水劑混合使用時同樣也顯示出一定的疊加效應(yīng)，即提升了三種高效減水劑的分散效果，這也初步表明，CRA與三種高效減水劑的適應(yīng)性良好。

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  3.2 水泥膠砂強度試驗

  本文研究了不同CRA摻量對膠砂強度的影響及CRA與三種高效減水劑混合使用時對膠砂強度的影響這兩方面內(nèi)容，具體試驗內(nèi)容是在3.1節(jié)基礎(chǔ)上展開的，測試結(jié)果見表2。

  從表2可以看出，CRA摻量的提高對水泥膠砂抗折強度幾乎沒有影響，但卻使水泥膠砂各齡期的抗壓強度均有所提升，其中，28d抗壓強度相比于基準組分別提升了3.5%、10.5%和15.0%。這表明，當(dāng)CRA摻量大于0.6%后，其對強度的提升空間將減小。

  從CRA與三種高效減水劑混合使用時對水泥膠砂強度影響的試驗結(jié)果中可以看出，CRA與PC混合使用時，CRA能改善膠砂各齡期的抗折強度與抗壓強度。CRA與NSF相混合使用時，其膠砂抗折強度并未得到改善，而膠砂抗壓強度也基本與對照組相同。CRA與SAF混合使用時，其對膠砂抗折強度影響不大，但改善了膠砂各齡期抗壓強度。總的來說，CRA與三種高效減水劑混合使用時，對水泥膠砂強度并無顯著的不利影響，基本上都能保證28d強度有所提高。

  3.3 CRA對水泥水化速率的影響

  為了解CRA對水泥水化速率的影響，本文測定了一定水灰比（W/C=0.29）條件下不同CRA摻量（0、0.3%、0.6%及0.9%）時水泥水化溫升的發(fā)展情況，結(jié)果如圖1所示。

  圖1 不同CRA摻量對水泥水化溫升速率的影響

  由圖1可以看出，隨著CRA摻量的增加，水泥的水化進程被不斷延緩，雖然摻加CRA的水泥漿體的水化溫峰顯著大于基準組，但對四條曲線進行積分（積分所求的峰面積值與漿體放熱量成正比）后發(fā)現(xiàn)，四組漿體的水化放熱量相當(dāng)，即四組水泥的水化程度相當(dāng)。

  4 結(jié)語

  （1）CRA與聚羧酸減水劑、萘系高效減水劑及脂肪族高效減水劑三種減水劑具有良好的相容性，混合使用時能提高減水劑的分散效果。其中，CRA對萘系高效減水劑分散效果的提升尤為明顯。

  （2）隨著CRA摻量的提高，水泥早期水化被不斷延緩，但當(dāng)CRA摻量不大于0.9%時，摻加CRA與不摻加CRA的水泥漿體具有相當(dāng)?shù)乃艧崃?，即水泥水化程度相?dāng)。此時，CRA對水泥膠砂強度的提升作用很可能與其改善漿體內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。

  （3）目前，關(guān)于CRA在混凝土中應(yīng)用技術(shù)的報道很多，但關(guān)于CRA作用機理及其應(yīng)用于混凝土中對混凝土耐久性影響的研究并不多見且不夠深入，完善此方面的工作將為CRA的推廣提供必要的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

  參考文獻

  [1] 潘亞波, 楊陽. CTF 混凝土增效劑對水泥及混凝土性能影響研究[J]. 商品混凝土, 2013, 9: 033.

  [2] 程臻赟. CTF 混凝土增效劑對混凝土耐久性的影響研究[J]. 甘肅水利水電技術(shù), 2012, 48(8): 27-29.

  [3] 陳泗桂, 王丹, 劉雅晉, 等. 使用 CTF 混凝土增效劑配合比調(diào)整方法總結(jié)[J]. 商品混凝土, 2013, 10: 032.

  [4] 彭春元, 林遠煌, 余斌, 等. 混凝土增效劑對 C60 以上混凝土性能的影響[J]. 混凝土, 2011 (5): 73-74.

  [5] 陳博, 劉偉. CTF 混凝土增效劑于管樁當(dāng)中的研究應(yīng)用[J]. 廣東建材, 2012, 28(9): 35-36.