孫振平，楊海靜，楊旭，劉毅，水亮亮，章記東，錢麗明

（1.同濟(jì)大學(xué)先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804；

2.江蘇優(yōu)瑞科技有限公司，江蘇 靖江 214500）

混凝土減膠劑與不同減水劑的適應(yīng)性研究

孫振平1，楊海靜1，楊旭1，劉毅1，水亮亮1，章記東2，錢麗明2

（1.同濟(jì)大學(xué)先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804；

2.江蘇優(yōu)瑞科技有限公司，江蘇 靖江 214500）

本文通過(guò)水泥膠砂流動(dòng)度、水泥膠砂強(qiáng)度及水泥水化溫升速率測(cè)定試驗(yàn)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(shí)能夠提升三種減水劑的分散效果，其中，對(duì)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(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的增強(qiáng)作用越加明顯，與三種高效減水劑混合使用時(shí)能提高水泥膠砂 28d 抗壓強(qiáng)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(cè)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(duì)膠砂強(qiáng)度的增強(qiáng)作用可能是由于其對(duì)水泥漿體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化所致。

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

0 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(chǎng)上新興的一種功能型混凝土外加劑，其形態(tài)為無(wú)色或淺褐色半透明液體，且無(wú)氯無(wú)堿。相關(guān)廠家的技術(shù)人員在 CRA 的推廣使用過(guò)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(shí)，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(qiáng)度大致相當(dāng)，進(jìn)而達(dá)到減膠的效果。其作用機(jī)理通常被描述為：CRA通過(guò)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(shí)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(shí)際工程建設(shè)中混凝土的水泥用量。同時(shí)，CRA 還可以使混凝土富余水泥發(fā)揮功效，保證混凝土的強(qiáng)度。

CRA 自 2009 年下半年進(jìn)入市場(chǎng)以來(lái)，憑借著其在混凝土應(yīng)用中表現(xiàn)出的優(yōu)異的增強(qiáng)及減膠能力，已在全國(guó)多個(gè)地區(qū)的許多混凝土生產(chǎn)企業(yè)中獲得應(yīng)用，并帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)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(xiàn)中我們了解到，關(guān)于 CRA 的研究主要集中在：CRA 對(duì)混凝土拌合物工作性、混凝土強(qiáng)度及經(jīng)濟(jì)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(jī)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(dòng)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(xì)密的氣孔，均化了混凝土結(jié)構(gòu)，隔斷了毛細(xì)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(guò)對(duì) 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(qiáng)度富余時(shí)，酌情逐步多減；而用水量在保證與基準(zhǔn)樣同坍落度的前提下，減少 5～12kg 水，保證水膠比比基準(zhǔn)樣略大 0.01～0.02；當(dāng)?shù)V渣粉摻量低于 60kg/m3時(shí)，建議不減礦渣粉，當(dāng)?shù)V渣粉摻量在 60kg/m3以上時(shí)，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(zhǔn)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(bǔ)充到砂石上，實(shí)際操作時(shí)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(qiáng)混凝土中，在保證了混凝土強(qiáng)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(duì) CRA 與不同減水劑之間適應(yīng)性的研究對(duì) 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(guò)水泥膠砂流動(dòng)度及水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)來(lái)檢測(cè) 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。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：基準(zhǔn)水泥。

砂：細(xì)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(shí)驗(yàn)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。

1.2 試驗(yàn)方法

水泥膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)及水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)分別按照GB/T 2419－2005 《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)試方法》及GB/T 17671－1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法》規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)試。

采用試驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)的溫度記錄儀對(duì)摻加 CRA 的水泥漿體進(jìn)行水泥水化溫升速率的測(cè)定。測(cè)定原理及步驟如下：稱取 60g 拌制好的待測(cè)漿體并置于保溫杯中，向漿體中插入一根測(cè)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(shí)間間隔下的漿體溫度，從而得到水泥水化的溫升曲線。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 水泥膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)

本文擬通過(guò)水泥膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)來(lái)了解 CRA 在單獨(dú)使用及分別與三種高效減水劑混合使用時(shí)對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度的影響，具體試驗(yàn)內(nèi)容如下：（1）CRA 摻量對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度的影響：將不摻加任何外加劑的水泥膠砂組記為基準(zhǔn)組，調(diào)整水灰比（W/C）使砂漿流動(dòng)度達(dá)到 (180±5)mm，在此水灰比條件下，測(cè)試不同 CRA 摻量（本試驗(yàn)采用了 0.30%、0.60%及 0.90% 三種摻量，相對(duì)于水泥質(zhì)量的折固摻量，下同）下的膠砂流動(dòng)度。（2）CRA 分別與三種高效減水劑混合使用時(shí)對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度的影響：從使用效果和經(jīng)濟(jì)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(shí)對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度的影響，三種高效減水劑的摻量以達(dá)到 10% 砂漿減水率時(shí)的摻量為準(zhǔn)。

表 1 CRA 單獨(dú)使用及與三種高效減水劑混合使用時(shí)對(duì)膠砂流動(dòng)度的影響

由表 1 可知，CRA 單獨(dú)摻加時(shí)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(shí)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。

2.2 水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)

本文研究了不同 CRA 摻量對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響及 CRA 與三種高效減水劑混合使用時(shí)對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響這兩方面內(nèi)容，具體試驗(yàn)內(nèi)容是在 2.1 節(jié)基礎(chǔ)上展開的，測(cè)試結(jié)果見表2。

表 2 CRA 單獨(dú)使用及與三種高效減水劑混合使用時(shí)對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響

從表 2 可以看出，CRA 摻量的提高對(duì)水泥膠砂抗折強(qiáng)度幾乎沒有影響，但卻使水泥膠砂各齡期的抗壓強(qiáng)度均有所提升，其中 28d 抗壓強(qiáng)度相比于基準(zhǔn)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(duì)強(qiáng)度的提升空間將減小。

從 CRA 與三種高效減水劑混合使用時(shí)對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度影響的試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，CRA 與 PC 混合使用時(shí)，CRA 能改善膠砂各齡期的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度。CRA 與 NSF 相混合使用時(shí)，其膠砂抗折強(qiáng)度并未得到改善，而膠砂抗壓強(qiáng)度也基本與對(duì)照組相同。CRA 與 SAF 混合使用時(shí)，其對(duì)膠砂抗折強(qiáng)度影響不大，但改善了膠砂各齡期抗壓強(qiáng)度?？偟膩?lái)說(shuō)，CRA 與三種高效減水劑混合使用時(shí)，對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度并無(wú)顯著的不利影響，基本上都能保證 28d 強(qiáng)度有所提高。

2.3 CRA 對(duì)水泥水化速率的影響

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

由圖 1 可以看出，隨著 CRA 摻量的增加，水泥的水化進(jìn)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(zhǔn)組，但對(duì)四條曲線進(jìn)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)。

3 結(jié)語(yǔ)

（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(shí)能提高減水劑的分散效果。其中，CRA 對(duì)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，延緩了水泥早期水花開始的時(shí)間，但當(dāng) CRA 摻量不大于 0.9% 時(shí)，摻加 CRA 與不摻加CRA 的水泥漿體 1d 具有相當(dāng)?shù)乃艧崃浚此嗨潭认喈?dāng)。此時(shí)，CRA 對(duì)水泥膠砂強(qiáng)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(bào)道很多，但關(guān)于 CRA 作用機(jī)理及其應(yīng)用于混凝土中對(duì)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。

[1] 潘亞波，楊陽(yáng)．CTF 混凝土增效劑對(duì)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(duì)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(yuǎn)煌，余斌，等．混凝土增效劑對(duì) 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．

［通訊地址］上海市嘉定區(qū)曹安公路4800號(hào)，材料科學(xué)與工程學(xué)院（201804）

Study of adaptability of cement reducing agent with different type of plasticizers

Sun Zhenping1, Yang Haijing1, Yang Xu1, Liu Yi1, Shui Liangliang1, Zhang Jidong2, Qian Liming2
(1.Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 201804; 2.Jiangsu Yourui Technology Co., Ltd., Jingjiang 214500)

A study including fl uidity, strength of cement mortar and temperature rising rate of cement hydration experiments revealed that CRA (cement reducing agent) possesses slight dispersing ability. CRA can also improve the dispersing ability of PC (polycarboxylate superplasticizer), NSF (naphthalene sulphate based superplasticizer) and SAF (sulfonated acetone-formaldehyde based superplasticizer), and this improve effect is more obvious on NSF. At the same time, mortar strength increased obviously with the increasing of CRA dosage. 28d compressive strength of mortar increased when PC/NSF/SAF was used in combination with CRA. These results showed that there is a good adaptability between CRA and PC/NSF/SAF. Temperature rising rate of cement hydration experiment result indicated that the early stage hydration of cement was delayed continuously with the increasing of CRA. But total heat release amount of hydration within one day were similar in absence and presence of CRA. This fi nding proved that CRA do not affect hydration degree of cement. According to these results, CRA improved the internal structure of cement paste was thought to be the reason why CRA can bring a reinforcing effect on mortar strength..

cement reducing agent(CRA); polycarboxylate superplasticizer(PC);naphthalene sulphate based superplasticizer (NSF); sulfonated acetone-formaldehyde based superplasticizer (SAF); adaptability

孫振平（1969－），男，同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授。