混凝土增效劑的應(yīng)用與研究進(jìn)展

韓永軍，凌金，張津踐，魏興鋼

（1.杭州金騰商品混凝土有限公司，浙江 杭州 311215； 2.浙江華威建材集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310018；3.杭州來(lái)寶得新材料科技有限公司，浙江 杭州 311107）

混凝土增效劑的應(yīng)用與研究進(jìn)展

韓永軍1，凌金2，張津踐3，魏興鋼2

（1.杭州金騰商品混凝土有限公司，浙江 杭州 311215； 2.浙江華威建材集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310018；3.杭州來(lái)寶得新材料科技有限公司，浙江 杭州 311107）

混凝土增效劑在混凝土生產(chǎn)中能夠減少水泥用量，改善混凝土工作性能，同時(shí)能夠保持甚至提高混凝土強(qiáng)度。但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些問(wèn)題。本文綜述了混凝土增效劑對(duì)混凝土工作性能和耐久性的影響，對(duì)目前增效劑應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并針對(duì)這些問(wèn)題提出了建議。

混凝土增效劑；應(yīng)用；工作性能；耐久性

0 前言

混凝土是目前使用量最大的建筑材料，混凝土技術(shù)伴隨著國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和低碳節(jié)能的政策要求不斷向前發(fā)展，降低混凝土生產(chǎn)過(guò)程的能耗勢(shì)在必行。研究發(fā)現(xiàn)混凝土中有接近20% 的水泥未能水化，僅作為填充材料[1]，這既造成膠凝材料的浪費(fèi)，也導(dǎo)致水泥不能充分發(fā)揮其強(qiáng)度作用。因此，研發(fā)新型外加劑，促進(jìn)水泥水化是提高膠凝材料使用效率的一個(gè)重要途徑。

混凝土增效劑是新興的混凝土外加劑，有研究者認(rèn)為增效劑能在保持混凝土工作性能的前提下，降低膠凝材料用量，混凝土強(qiáng)度和耐久性能夠保持甚至有所提高[2,3]。隨著混凝土增效劑的廣泛推廣，其在商品混凝土中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也日益明顯，但同時(shí)也暴露出一些問(wèn)題，應(yīng)用中還存在不規(guī)范的情況。本文將對(duì)混凝土增效劑的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，包括增效劑對(duì)混凝土性能的影響，對(duì)混凝土增效劑在應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，針對(duì)性地提出了一些建議，希望提高人們對(duì)增效劑的認(rèn)識(shí)。

1 混凝土增效劑

混凝土企業(yè)希望通過(guò)技術(shù)手段降低生產(chǎn)成本，作為用量較大的水泥自然成為關(guān)注的重點(diǎn)，已有的外加劑如減水劑能夠降低混凝土水膠比，也能夠使得水泥用量減少，但面臨著與原材料的適應(yīng)性問(wèn)題，原材料的差異和對(duì)外加劑摻量的敏感性給混凝土生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量控制造成了困擾，而增效劑與其他外加劑的協(xié)同配伍能夠改善混凝土的工作性能，降低水泥等膠凝材料用量。基于這個(gè)出發(fā)點(diǎn)混凝土增效劑一經(jīng)推出便受到商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)的青睞，在浙江、廣東、廣西等地得到了廣泛應(yīng)用，目前市場(chǎng)上常用的混凝土增效劑有 CTF 增效劑、LBD 增效劑、LSY 增效劑等。由于生產(chǎn)廠家的技術(shù)保密，人們對(duì)混凝土增效劑的主要成分了解還不夠深入，同時(shí)由于地區(qū)性差異和混凝土單項(xiàng)指標(biāo)調(diào)整的需要，混凝土增效劑內(nèi)往往加入其它組分，這就造成了混凝土增效劑組成的不確定性。

關(guān)于混凝土增效劑的成分和性質(zhì)，目前還未有完整定論。胡偉偉等人[4]認(rèn)為混凝土增效劑是一種高聚物，化學(xué)結(jié)構(gòu)類似于其他混凝土外加劑。劉斌等人[5]利用三乙醇胺、酒石酸、馬來(lái)酸酐為主要材料添加苯酚等輔助添加劑制備了混凝土增效劑。王強(qiáng)[6]利用三異丙醇胺、聚合醇胺、改性聚羧酸高效減水劑、紙漿黑液提取物和水制備了混凝土增效劑。王鎮(zhèn)[7]公開的專利中，含有三異丙醇胺、聚合醇胺、脂肪酸脂等。從已公開的資料來(lái)看，混凝土增效劑的主要功用就是分散，通過(guò)降低水泥的表面能，提高水泥顆粒的分散性。其中醇胺類物質(zhì)主要作為水泥助磨劑的組分，通過(guò)原子基團(tuán)與水泥顆粒的吸附和重構(gòu)效應(yīng)，使得水泥顆粒成為極性分子，增大了水泥顆粒間的靜電斥力，使得水泥漿體的流動(dòng)性增大[8-10]。另外醇胺類物質(zhì)能夠促進(jìn)水泥中 C3A 和 C4AF 的水化，具有一定的激發(fā)作用[11]。

2 增效劑對(duì)混凝土性能的影響

2.1 增效劑對(duì)混凝土工作性能的影響

混凝土工作性能的好壞關(guān)系到混凝土構(gòu)件的質(zhì)量，增效劑的加入能夠顯著改善混凝土的工作性能。

鄭平[12]研究了 LBD 增效劑在杭州蕭山地區(qū)混凝土企業(yè)使用情況，在保持混凝土水膠比不變的情況下，減少 10% 的水泥用量，結(jié)果測(cè)試出混凝土坍落度較基準(zhǔn)組增大，擴(kuò)展度與基準(zhǔn)一致，增效劑的加入對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間無(wú)明顯影響。劉輝[13]研究了增效劑對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的工作性能影響，增效劑的加入均能有效改善混凝土的工作性能，特別是較高強(qiáng)度等級(jí)混凝土普遍出現(xiàn)的粘聚抓底等現(xiàn)象，且能減少水泥用量，節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本。趙家聲[14]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)增效劑與聚羧酸和萘系減水劑的相容性較好，能夠使得混凝土泌水率降低，水泥漿體對(duì)骨料的包裹性增強(qiáng)，擴(kuò)展度明顯增加?；炷猎鲂┳鳛檩o助外加劑，其摻量對(duì)混凝土工作性能有影響。不少研究者[15-16]通過(guò)試驗(yàn)認(rèn)為混凝土增效劑最佳摻量為膠凝組分質(zhì)量的 0.6%，此時(shí)混凝土工作性能良好，單方混凝土生產(chǎn)造價(jià)最優(yōu)。

2.2 增效劑對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

強(qiáng)度是混凝土結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，強(qiáng)度發(fā)展的來(lái)源主要取決于原材料的質(zhì)量、澆注質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)服役條件等，其中原材料的選擇屬于源頭控制，混凝土澆注質(zhì)量控制屬于過(guò)程控制，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性更多取決于在源頭和過(guò)程對(duì)混凝土質(zhì)量的管控。

增效劑的加入改善了混凝土工作性能，使得混凝土成型均勻，可泵性提高。一般認(rèn)為增效劑的加入對(duì)混凝土強(qiáng)度無(wú)不良影響，但不同研究者的試驗(yàn)結(jié)論也略有差異。潘亞波等人[17]測(cè)試了增效劑摻量 0.6%、水泥用量減少 15% 時(shí)，C30 和C50 兩種等級(jí)的混凝土強(qiáng)度，加入增效劑的混凝土 3d 和 7d強(qiáng)度高于基準(zhǔn)混凝土，28d 強(qiáng)度則比基準(zhǔn)組強(qiáng)度略低。廣西大學(xué)的彭春元[18]研究了混凝土增效劑對(duì) C60 以上混凝土強(qiáng)度的影響，增效劑摻量為膠材質(zhì)量的 0.6%，水泥用量減少 10%，測(cè)得的混凝土強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)。胡偉偉等人[19]通過(guò)外摻混凝土增效劑的方式研究了增效劑對(duì)礦物摻合料及山砂混凝土強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)增效劑能夠激發(fā)礦物摻合料的活性，同時(shí)對(duì)山砂混凝土表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，強(qiáng)度均明顯提高。本研究的試驗(yàn)結(jié)果也發(fā)現(xiàn)添加增效劑減少膠凝材料用量后對(duì)混凝土強(qiáng)度無(wú)負(fù)面影響，見(jiàn)圖 1。

圖1 摻入 LBD 增效劑后混凝土強(qiáng)度發(fā)展圖

2.3 增效劑對(duì)混凝土收縮的影響

混凝土由于自身水化、塑性收縮和環(huán)境濕度變化會(huì)產(chǎn)生體積變化，膠凝材料是引起混凝土干縮的重要原因，按照通常做法，增效劑一般減少 10%～15% 的膠凝材料，對(duì)混凝土收縮變形必定造成一定影響。

減少膠凝材料的用量，降低水泥水化熱能夠降低混凝土構(gòu)件干燥環(huán)境下的體積變形。許富[20]研究了增效劑對(duì)水泥基材料的收縮率，發(fā)現(xiàn)加入增效劑、降低水泥用量能夠大幅減少水泥和混凝土的收縮。鄭平等人[12]的研究成果表明加入增效劑后時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)混凝土收縮的抑制越為明顯。類似的結(jié)論也在劉道勝[21]的研究成果中有所體現(xiàn)。如圖 2[21]、圖 3 所示。

圖2 增效劑 CTF 對(duì)混凝土收縮的影響

圖3 LBD 增效劑對(duì)混凝土收縮的影響

混凝土增效劑對(duì)混凝土的減縮作用主要來(lái)源于膠凝材料用量的減少，而膠凝材料的水化易引起混凝土自身收縮，其次混凝土增效劑使得混凝土拌合物工作性和均勻性提高，減少了毛細(xì)孔率，另外有些混凝土增效劑能夠鎖水保水，使得混凝土具有部分自養(yǎng)護(hù)的功效。

2.4 混凝土增效劑對(duì)耐久性的影響

混凝土的耐久性包括抗?jié)B性、抗碳化、抗凍融等，混凝土耐久性與混凝土密實(shí)度相關(guān)，成型越密實(shí)的試件其抵抗?jié)B透壓力和外界介質(zhì)侵蝕的能力越強(qiáng)。有關(guān)混凝土增效劑對(duì)耐久性的影響的研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者取得了一些進(jìn)展。

（1） 抗?jié)B性

重慶大學(xué)[21]在外摻 0.6% 的混凝土增效劑，減少 10% 水泥用量下測(cè)試了混凝土抗?jié)B情況，發(fā)現(xiàn)與基準(zhǔn)組相比，混凝土的平均滲透高度降低，細(xì)小均勻的孔結(jié)構(gòu)阻止了毛細(xì)孔水分壓力的釋放，混凝土的抗?jié)B性能得到提高，見(jiàn)表 1[21]。程臻贊[3]在測(cè)試摻入混凝土增效劑后的混凝土耐久性時(shí)同樣發(fā)現(xiàn)，在相同的滲透壓力下，混凝土滲透高度較基準(zhǔn)組降低，同時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土的致密度較高。

表1 摻入增效劑后的混凝土抗?jié)B情況

（2）抗碳化

混凝土結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，要暴露在空氣中，空氣中的 CO2、SO2等氣體通過(guò)毛細(xì)孔進(jìn)入混凝土內(nèi)部，發(fā)生碳化反應(yīng)，對(duì)混凝土長(zhǎng)期耐久性不利。鄭平研究了 LBD 增效劑對(duì)混凝土抗碳化性能的影響，發(fā)現(xiàn)加入 LBD 增效劑后混凝土碳化深度降低，混凝土抗碳化能力提高。劉道勝系統(tǒng)研究了增效劑在不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的應(yīng)用情況，測(cè)試了混凝土碳化深度，發(fā)現(xiàn)混凝土增效劑的加入能夠顯著抑制混凝土的碳化。如圖 4 所示。

圖4 加入 LBD 增效劑后混凝土碳化情況[12]

（3） 抗凍性

夏熱冬冷地區(qū)混凝土不僅面臨干濕交替，在溫度低于0℃以下時(shí)，會(huì)出現(xiàn)由于孔隙水凍融引起構(gòu)件劣化?；炷猎鲂┑募尤朐谝欢ǔ潭壬弦肓宋⑿馀莸臄?shù)量，使混凝土含氣量略有增加，改善了拌合物的和易性和自流平能力，在普通混凝土和自密實(shí)混凝土中均有應(yīng)用。劉道勝等人利用快速凍融法測(cè)試了混凝土抗凍性能，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)歷 100 次凍融試驗(yàn)后，混凝土質(zhì)量無(wú)明顯損失，混凝土完整性良好，強(qiáng)度能夠保持。陳志杰等人[15,22]的試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這點(diǎn)。

3 目前混凝土增效劑存在的主要問(wèn)題

3.1 增效機(jī)理需要深入研究

研究者對(duì)混凝土增效劑的增效機(jī)理還存在爭(zhēng)議，大多數(shù)人認(rèn)為混凝土增效劑作為一種表面分散劑，與減水劑[23]作用機(jī)理類似。有研究者認(rèn)為[24]混凝土增效劑是以聚合物為主體的表面活性劑，具有一定的分散性能，能提高水泥顆粒及礦物摻合料的分散性能，故能提高混凝土拌合物的均質(zhì)性及和易性。混凝土增效劑通過(guò)提高水泥的分散性，最大限度地激發(fā)水泥的作用，提高水泥礦物的水化程度，從而提高混凝土各齡期強(qiáng)度，并通過(guò)促進(jìn)較難水化礦物的水化，增加凝膠體數(shù)量，提高混凝土的密實(shí)程度。在掃描電鏡下觀察增效劑對(duì)混凝土礦物形貌的影響[24]如圖 5，楊正剛[25]也認(rèn)為增效劑主要是通過(guò)激發(fā)水泥和礦物摻合料的活性來(lái)達(dá)到增效的目的。閻培渝教授[26]推測(cè)混凝土增效劑具有表面分散和活性激發(fā)的作用，具體情況也沒(méi)有確切定論。

上述這些研究均針對(duì)具體廠家的增效劑，且研究缺乏足夠數(shù)據(jù)支撐，重復(fù)性試驗(yàn)較少，關(guān)于混凝土增效劑對(duì)混凝土的增效機(jī)理仍需要深入研究。

圖5 增效劑對(duì)混凝土礦物形貌的影響（SEM）

3.2 相關(guān)規(guī)范滯后

混凝土增效劑在使用過(guò)程中多參照 GB 8076-2008《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，如與水泥的適應(yīng)性檢測(cè)、硫酸根離子檢測(cè)等，但混凝土增效劑與市面上在售的減水劑、緩凝劑等性質(zhì)不同，主要體現(xiàn)在與外加劑的協(xié)同作用，因此在實(shí)際使用中，各個(gè)增效劑生產(chǎn)廠家均設(shè)定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這在一定程度上有利于增效劑的質(zhì)量控制，但也給第三方檢測(cè)帶來(lái)了不便。因此為了使增效劑產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，需要制定統(tǒng)一的行業(yè)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

混凝土增效劑能夠降低水泥用量 10%～15%，混凝土的工作性能得到改善，同時(shí)混凝土的強(qiáng)度能夠保持甚至有所提高；研究表明混凝土增效劑能夠提高混凝土抗?jié)B性能、降低碳化深度、抗凍融能力與基準(zhǔn)相當(dāng)或提高，對(duì)混凝土耐久性無(wú)負(fù)面影響；但混凝土增效劑在使用過(guò)程中也面臨增效機(jī)理研究不夠深入，缺乏統(tǒng)一的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，一定程度上阻礙了混凝土增效劑的應(yīng)用推廣，因此研究者需要對(duì)混凝土增效劑進(jìn)行持續(xù)深入研究，通過(guò)大量長(zhǎng)期性的試驗(yàn)結(jié)果考察混凝土增效劑對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響，同時(shí)為了規(guī)范混凝土增效劑應(yīng)用市場(chǎng)，國(guó)家和相關(guān)行業(yè)亟需制定混凝土增效劑的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范或指導(dǎo)意見(jiàn)。隨著對(duì)混凝土增效劑研究和認(rèn)識(shí)的深入，混凝土增效劑的應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。

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［通訊地址］浙江省杭州市蕭山區(qū)寧圍鎮(zhèn)利一村（311215）

Application and research progress of concrete synergist

Han Yongjun1, Ling Jin2, Zhang Jinjian3, Wei Xinggang2
( 1.Hangzhou Jinteng Commodity Concrete Co., Ltd., Hangzhou 311215; 2. Zhejiang Huawei Building Materials Group Co., Ltd., Hangzhou 310018; 3.Hangzhou Lai Baode New Material Technology Co., Ltd., Hangzhou 311107)

As concrete synergistist can reduce cement dosage, improve the concrete working performance, and maintain or even improve the concrete strength, so it is widely used in concrete production, but there still some problems in practical application. This paper summarized the effect of concrete synergistist on the performance and durability of concrete, and analyzed the existing problems in the application of synergistit, and putted forward some suggestions for these problems.

concrete synergistist; application; working performance; durability

韓永軍，（1980-），工程師，杭州金騰混凝土有限公司總工程師，長(zhǎng)期從事混凝土生產(chǎn)與管理工作。