混凝土增效剂的应用与研究进展

韩永军，凌金，张津践，魏兴钢

（1.杭州金腾商品混凝土有限公司，浙江 杭州 311215； 2.浙江华威建材集团有限公司，浙江 杭州 310018；3.杭州来宝得新材料科技有限公司，浙江 杭州 311107）

混凝土增效剂的应用与研究进展

韩永军1，凌金2，张津践3，魏兴钢2

（1.杭州金腾商品混凝土有限公司，浙江 杭州 311215； 2.浙江华威建材集团有限公司，浙江 杭州 310018；3.杭州来宝得新材料科技有限公司，浙江 杭州 311107）

混凝土增效剂在混凝土生产中能够减少水泥用量，改善混凝土工作性能，同时能够保持甚至提高混凝土强度。但在实际应用中仍面临一些问题。本文综述了混凝土增效剂对混凝土工作性能和耐久性的影响，对目前增效剂应用中存在的问题进行了分析，并针对这些问题提出了建议。

混凝土增效剂；应用；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，混凝土技术伴随着国家创新驱动和低碳节能的政策要求不断向前发展，降低混凝土生产过程的能耗势在必行。研究发现混凝土中有接近20% 的水泥未能水化，仅作为填充材料[1]，这既造成胶凝材料的浪费，也导致水泥不能充分发挥其强度作用。因此，研发新型外加剂，促进水泥水化是提高胶凝材料使用效率的一个重要途径。

混凝土增效剂是新兴的混凝土外加剂，有研究者认为增效剂能在保持混凝土工作性能的前提下，降低胶凝材料用量，混凝土强度和耐久性能够保持甚至有所提高[2,3]。随着混凝土增效剂的广泛推广，其在商品混凝土中的应用优势也日益明显，但同时也暴露出一些问题，应用中还存在不规范的情况。本文将对混凝土增效剂的研究进展进行综述，包括增效剂对混凝土性能的影响，对混凝土增效剂在应用中存在的问题进行分析，针对性地提出了一些建议，希望提高人们对增效剂的认识。

1 混凝土增效剂

混凝土企业希望通过技术手段降低生产成本，作为用量较大的水泥自然成为关注的重点，已有的外加剂如减水剂能够降低混凝土水胶比，也能够使得水泥用量减少，但面临着与原材料的适应性问题，原材料的差异和对外加剂掺量的敏感性给混凝土生产企业质量控制造成了困扰，而增效剂与其他外加剂的协同配伍能够改善混凝土的工作性能，降低水泥等胶凝材料用量。基于这个出发点混凝土增效剂一经推出便受到商品混凝土生产企业的青睐，在浙江、广东、广西等地得到了广泛应用，目前市场上常用的混凝土增效剂有 CTF 增效剂、LBD 增效剂、LSY 增效剂等。由于生产厂家的技术保密，人们对混凝土增效剂的主要成分了解还不够深入，同时由于地区性差异和混凝土单项指标调整的需要，混凝土增效剂内往往加入其它组分，这就造成了混凝土增效剂组成的不确定性。

关于混凝土增效剂的成分和性质，目前还未有完整定论。胡伟伟等人[4]认为混凝土增效剂是一种高聚物，化学结构类似于其他混凝土外加剂。刘斌等人[5]利用三乙醇胺、酒石酸、马来酸酐为主要材料添加苯酚等辅助添加剂制备了混凝土增效剂。王强[6]利用三异丙醇胺、聚合醇胺、改性聚羧酸高效减水剂、纸浆黑液提取物和水制备了混凝土增效剂。王镇[7]公开的专利中，含有三异丙醇胺、聚合醇胺、脂肪酸脂等。从已公开的资料来看，混凝土增效剂的主要功用就是分散，通过降低水泥的表面能，提高水泥颗粒的分散性。其中醇胺类物质主要作为水泥助磨剂的组分，通过原子基团与水泥颗粒的吸附和重构效应，使得水泥颗粒成为极性分子，增大了水泥颗粒间的静电斥力，使得水泥浆体的流动性增大[8-10]。另外醇胺类物质能够促进水泥中 C3A 和 C4AF 的水化，具有一定的激发作用[11]。

2 增效剂对混凝土性能的影响

2.1 增效剂对混凝土工作性能的影响

混凝土工作性能的好坏关系到混凝土构件的质量，增效剂的加入能够显著改善混凝土的工作性能。

郑平[12]研究了 LBD 增效剂在杭州萧山地区混凝土企业使用情况，在保持混凝土水胶比不变的情况下，减少 10% 的水泥用量，结果测试出混凝土坍落度较基准组增大，扩展度与基准一致，增效剂的加入对混凝土凝结时间无明显影响。刘辉[13]研究了增效剂对不同强度等级混凝土的工作性能影响，增效剂的加入均能有效改善混凝土的工作性能，特别是较高强度等级混凝土普遍出现的粘聚抓底等现象，且能减少水泥用量，节省经济成本。赵家声[14]通过试验发现增效剂与聚羧酸和萘系减水剂的相容性较好，能够使得混凝土泌水率降低，水泥浆体对骨料的包裹性增强，扩展度明显增加。混凝土增效剂作为辅助外加剂，其掺量对混凝土工作性能有影响。不少研究者[15-16]通过试验认为混凝土增效剂最佳掺量为胶凝组分质量的 0.6%，此时混凝土工作性能良好，单方混凝土生产造价最优。

2.2 增效剂对混凝土强度的影响

强度是混凝土结构的重要指标，强度发展的来源主要取决于原材料的质量、浇注质量、养护服役条件等，其中原材料的选择属于源头控制，混凝土浇注质量控制属于过程控制，混凝土结构耐久性更多取决于在源头和过程对混凝土质量的管控。

增效剂的加入改善了混凝土工作性能，使得混凝土成型均匀，可泵性提高。一般认为增效剂的加入对混凝土强度无不良影响，但不同研究者的试验结论也略有差异。潘亚波等人[17]测试了增效剂掺量 0.6%、水泥用量减少 15% 时，C30 和C50 两种等级的混凝土强度，加入增效剂的混凝土 3d 和 7d强度高于基准混凝土，28d 强度则比基准组强度略低。广西大学的彭春元[18]研究了混凝土增效剂对 C60 以上混凝土强度的影响，增效剂掺量为胶材质量的 0.6%，水泥用量减少 10%，测得的混凝土强度与基准混凝土相当。胡伟伟等人[19]通过外掺混凝土增效剂的方式研究了增效剂对矿物掺合料及山砂混凝土强度的影响，发现增效剂能够激发矿物掺合料的活性，同时对山砂混凝土表现出良好的适应性，强度均明显提高。本研究的试验结果也发现添加增效剂减少胶凝材料用量后对混凝土强度无负面影响，见图 1。

图1 掺入 LBD 增效剂后混凝土强度发展图

2.3 增效剂对混凝土收缩的影响

混凝土由于自身水化、塑性收缩和环境湿度变化会产生体积变化，胶凝材料是引起混凝土干缩的重要原因，按照通常做法，增效剂一般减少 10%～15% 的胶凝材料，对混凝土收缩变形必定造成一定影响。

减少胶凝材料的用量，降低水泥水化热能够降低混凝土构件干燥环境下的体积变形。许富[20]研究了增效剂对水泥基材料的收缩率，发现加入增效剂、降低水泥用量能够大幅减少水泥和混凝土的收缩。郑平等人[12]的研究成果表明加入增效剂后时间越长对混凝土收缩的抑制越为明显。类似的结论也在刘道胜[21]的研究成果中有所体现。如图 2[21]、图 3 所示。

图2 增效剂 CTF 对混凝土收缩的影响

图3 LBD 增效剂对混凝土收缩的影响

混凝土增效剂对混凝土的减缩作用主要来源于胶凝材料用量的减少，而胶凝材料的水化易引起混凝土自身收缩，其次混凝土增效剂使得混凝土拌合物工作性和均匀性提高，减少了毛细孔率，另外有些混凝土增效剂能够锁水保水，使得混凝土具有部分自养护的功效。

2.4 混凝土增效剂对耐久性的影响

混凝土的耐久性包括抗渗性、抗碳化、抗冻融等，混凝土耐久性与混凝土密实度相关，成型越密实的试件其抵抗渗透压力和外界介质侵蚀的能力越强。有关混凝土增效剂对耐久性的影响的研究，国内学者取得了一些进展。

（1） 抗渗性

重庆大学[21]在外掺 0.6% 的混凝土增效剂，减少 10% 水泥用量下测试了混凝土抗渗情况，发现与基准组相比，混凝土的平均渗透高度降低，细小均匀的孔结构阻止了毛细孔水分压力的释放，混凝土的抗渗性能得到提高，见表 1[21]。程臻赞[3]在测试掺入混凝土增效剂后的混凝土耐久性时同样发现，在相同的渗透压力下，混凝土渗透高度较基准组降低，同时发现混凝土的致密度较高。

表1 掺入增效剂后的混凝土抗渗情况

（2）抗碳化

混凝土结构在长期服役过程中，要暴露在空气中，空气中的 CO2、SO2等气体通过毛细孔进入混凝土内部，发生碳化反应，对混凝土长期耐久性不利。郑平研究了 LBD 增效剂对混凝土抗碳化性能的影响，发现加入 LBD 增效剂后混凝土碳化深度降低，混凝土抗碳化能力提高。刘道胜系统研究了增效剂在不同强度等级混凝土中的应用情况，测试了混凝土碳化深度，发现混凝土增效剂的加入能够显著抑制混凝土的碳化。如图 4 所示。

图4 加入 LBD 增效剂后混凝土碳化情况[12]

（3） 抗冻性

夏热冬冷地区混凝土不仅面临干湿交替，在温度低于0℃以下时，会出现由于孔隙水冻融引起构件劣化。混凝土增效剂的加入在一定程度上引入了微小气泡的数量，使混凝土含气量略有增加，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实混凝土中均有应用。刘道胜等人利用快速冻融法测试了混凝土抗冻性能，发现在经历 100 次冻融试验后，混凝土质量无明显损失，混凝土完整性良好，强度能够保持。陈志杰等人[15,22]的试验结果也验证了这点。

3 目前混凝土增效剂存在的主要问题

3.1 增效机理需要深入研究

研究者对混凝土增效剂的增效机理还存在争议，大多数人认为混凝土增效剂作为一种表面分散剂，与减水剂[23]作用机理类似。有研究者认为[24]混凝土增效剂是以聚合物为主体的表面活性剂，具有一定的分散性能，能提高水泥颗粒及矿物掺合料的分散性能，故能提高混凝土拌合物的均质性及和易性。混凝土增效剂通过提高水泥的分散性，最大限度地激发水泥的作用，提高水泥矿物的水化程度，从而提高混凝土各龄期强度，并通过促进较难水化矿物的水化，增加凝胶体数量，提高混凝土的密实程度。在扫描电镜下观察增效剂对混凝土矿物形貌的影响[24]如图 5，杨正刚[25]也认为增效剂主要是通过激发水泥和矿物掺合料的活性来达到增效的目的。阎培渝教授[26]推测混凝土增效剂具有表面分散和活性激发的作用，具体情况也没有确切定论。

上述这些研究均针对具体厂家的增效剂，且研究缺乏足够数据支撑，重复性试验较少，关于混凝土增效剂对混凝土的增效机理仍需要深入研究。

图5 增效剂对混凝土矿物形貌的影响（SEM）

3.2 相关规范滞后

混凝土增效剂在使用过程中多参照 GB 8076-2008《混凝土外加剂应用技术规范》，如与水泥的适应性检测、硫酸根离子检测等，但混凝土增效剂与市面上在售的减水剂、缓凝剂等性质不同，主要体现在与外加剂的协同作用，因此在实际使用中，各个增效剂生产厂家均设定了企业标准，这在一定程度上有利于增效剂的质量控制，但也给第三方检测带来了不便。因此为了使增效剂产业健康可持续发展，需要制定统一的行业或国家标准。

4 结束语

混凝土增效剂能够降低水泥用量 10%～15%，混凝土的工作性能得到改善，同时混凝土的强度能够保持甚至有所提高；研究表明混凝土增效剂能够提高混凝土抗渗性能、降低碳化深度、抗冻融能力与基准相当或提高，对混凝土耐久性无负面影响；但混凝土增效剂在使用过程中也面临增效机理研究不够深入，缺乏统一的应用技术规范，一定程度上阻碍了混凝土增效剂的应用推广，因此研究者需要对混凝土增效剂进行持续深入研究，通过大量长期性的试验结果考察混凝土增效剂对混凝土强度和耐久性的影响，同时为了规范混凝土增效剂应用市场，国家和相关行业亟需制定混凝土增效剂的应用技术规范或指导意见。随着对混凝土增效剂研究和认识的深入，混凝土增效剂的应用前景将会更加广阔。

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［通讯地址］浙江省杭州市萧山区宁围镇利一村（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

韩永军，（1980-），工程师，杭州金腾混凝土有限公司总工程师，长期从事混凝土生产与管理工作。