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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第6期

混凝土多功能外加劑的研發(fā)及其應(yīng)用探究

賈雷，張德星，王海濤，徐錦富，王劍，劉陽，洪強(qiáng)，劉永辰

［摘要］本文主要針對(duì)傳統(tǒng)聚羧酸減水劑應(yīng)用中存在的適用性問題，通過聚羧酸特殊分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特定酸醚比，預(yù)設(shè)減水劑分子量區(qū)間范圍的聚合工藝，合成出多功能外加劑，其可快速、高效的分散混凝土中水泥和細(xì)砂顆粒，使混凝土中水泥顆粒更加分散，有效防止水泥顆粒團(tuán)聚，降低混凝土拌合時(shí)的粘度，使混凝土體系更加密實(shí)，對(duì)混凝土早、后期強(qiáng)度有明顯的提升效果，混凝土后期強(qiáng)度無倒縮現(xiàn)象，進(jìn)而優(yōu)化了各類混凝土的工作性能和力學(xué)性能。

［關(guān)鍵詞］聚羧酸減水劑；混凝土；多功能；研發(fā)；應(yīng)用探究

引言

作為最大宗的建筑結(jié)構(gòu)材料，混凝土被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中。砂是混凝土中主要原材料之一，我國為保護(hù)日益枯竭的天然砂資源，避免過度開采、濫采，影響生態(tài)以及江河防洪堤、航運(yùn)和橋梁使用安全，天然砂資源越來越緊張，已逐漸被機(jī)制砂替代，2013年機(jī)制砂所占比重已達(dá)76%，天然砂的日益緊缺使得機(jī)制砂逐漸成為人們研究配制混凝土的焦點(diǎn)，機(jī)制砂在粒形特征、級(jí)配、石粉含量等物理性質(zhì)方面有別于天然砂。不同產(chǎn)地的機(jī)制砂粒狀、顆粒表面粗糙程度、石粉含量不同，與混凝土外加劑的適應(yīng)性也有著較大差異，尤其是砂中的泥土和石粉含量對(duì)于外加劑影響較大。

水泥是當(dāng)今世界最重要的建筑材料，其年產(chǎn)量已超過40億噸。水泥混合材料如粉煤灰、高爐礦渣、火山灰、煅燒黏土等制備的硅酸鹽水泥，可在一定程度上減少熟料用量，這樣的水泥早期水化緩慢，早期強(qiáng)度較低，很多水泥廠通過使用助磨劑提高水泥粉磨細(xì)度，使水泥熟料磨得更細(xì)，尤其是增加了小于顆粒的含量來促進(jìn)水泥水化早期強(qiáng)度的發(fā)展，助磨劑中的一些成分本身還可以促進(jìn)水泥水化強(qiáng)度，從而影響聚羧酸減水劑在混凝土中的應(yīng)用，影響混凝土的耐久性和后期強(qiáng)度，新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1752023《通用硅酸鹽水泥》已經(jīng)在2024日開始實(shí)施。

聚羧酸減水劑由于其具有減水率高、摻量低、強(qiáng)度增長快、保坍性能優(yōu)異、生產(chǎn)綠色環(huán)保、適應(yīng)性好、分子結(jié)構(gòu)可預(yù)設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，已成為混凝土外加劑行業(yè)的研究重點(diǎn)。聚羧酸減水劑在混凝土中使用也存在一些常見的問題，在砂石料品質(zhì)較差、含泥含粉量高的情況下，易出現(xiàn)混凝土離析泌水、抓底、和易性差、損失過大、外加劑比較敏感等現(xiàn)象，并對(duì)水泥適應(yīng)性也有很大差異，這些因素嚴(yán)重影響了混凝土的工作性能。

在針對(duì)這個(gè)問題時(shí)，通常以聚羧酸減水劑復(fù)配葡萄糖酸鈉、引氣劑、保水劑等來抑制水泥的水化和改善混凝土的工作性能，改善混凝土的保坍能力，減少混凝土的坍損，但緩凝劑的加入不能根本上解決混凝土的保坍問題，過度地?fù)郊臃炊够炷恋哪Y(jié)時(shí)間延長，早期強(qiáng)度降低，在使用機(jī)制砂時(shí)，尤其當(dāng)材料波動(dòng)較大時(shí)，還容易引起后滯泌水，從而影響混凝土的工作性能。

研發(fā)原理

根據(jù)減水劑的吸附—分散作用機(jī)理，結(jié)合混凝土原材料的特點(diǎn)，現(xiàn)代水泥生產(chǎn)工藝中水泥助磨劑與減水劑相容性、不同細(xì)度水泥水化機(jī)理的作用、各種砂對(duì)于減水劑的吸附性影響等因素，通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以新型乙烯基醚類結(jié)構(gòu)大單體為基礎(chǔ)，通過常溫引發(fā)體系，水溶液自由基聚合得到了一種具有低敏性、高分散性、抗泥抗吸附等特點(diǎn)的多功能混凝土外加劑。

多功能混凝土外加劑采用特殊分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過特定酸醚比，預(yù)設(shè)分子量區(qū)間范圍的聚合工藝，獲得一種具有特定分子量的、對(duì)水泥具有高分散性的聚羧酸外加劑，該結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，對(duì)水泥顆粒具有良好的分散效果，做到了從分子結(jié)構(gòu)上、設(shè)計(jì)原理上的創(chuàng)新。該高分散性聚羧酸混凝土外加劑可與普通聚羧酸減水劑或其他混凝土功能外加劑材料復(fù)配使用，能快速、高效地分散混凝土中水泥和細(xì)砂顆粒，使混凝土中水泥顆粒更加分散，防止水泥顆粒團(tuán)聚，降低混凝土拌合時(shí)的粘度，使混凝土體系更加密實(shí)，對(duì)混凝土早、后期強(qiáng)度有明顯的提升效果，混凝土后期強(qiáng)度無倒縮現(xiàn)象。

該外加劑具有良好的復(fù)配分散性、協(xié)同增效性，彌補(bǔ)了普通聚羧酸減水劑在混凝土中應(yīng)用的某些不足，可有效降低減水劑摻量，改善材料對(duì)外加劑的吸附問題，改善使用機(jī)制砂出現(xiàn)后滯泌水、抓底現(xiàn)象，對(duì)于較粘的混凝土有明顯的降粘分散效果，并且可有效改善混凝土的工作性。

其合成機(jī)理與傳統(tǒng)聚羧酸減水劑合成思路不同，預(yù)設(shè)目標(biāo)產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)，采用不同的分子設(shè)計(jì)思路，所得的聚羧酸共聚物有別于普通聚羧酸的主側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，既保證了減水劑的空間位阻作用，又增加了減水劑在水泥表面的吸附量，持續(xù)保證了聚羧酸減水劑在混凝土中的有效濃度，從而達(dá)到高分散性、協(xié)同增效性。采用外加劑多級(jí)配思路與普通聚羧酸減水來復(fù)配使用，可明顯改善混凝土的工作性能，同濃度的復(fù)配多功能外加劑與普通聚羧酸減水劑在同樣試驗(yàn)材料、同條件下對(duì)比混凝土試驗(yàn)，多功能外加劑的適應(yīng)性更好。

原料選擇

2.1合成試驗(yàn)部分原料

EPEG3000，工業(yè)級(jí)；丙烯酸，分析純；丙烯酸甲酯，分析純；分子量調(diào)節(jié)劑，自制；引發(fā)劑：雙氧水，27.5%；還原劑：VC，工業(yè)級(jí)；液堿，32%，工業(yè)級(jí)；去離子水，工業(yè)級(jí)，自制；自來水，工業(yè)級(jí)。

2.2測(cè)試試驗(yàn)部分原料

（1）水泥：天津冀東金隅水泥廠O42.5水泥，符合GB 1752023《通用硅酸鹽水泥》要求。

（2）石子：粒徑25mm連續(xù)級(jí)配碎石。

（3）砂：標(biāo)準(zhǔn)砂；河砂50%配機(jī)制砂50%，細(xì)度模數(shù)2.42.6，含粉、含泥量小于10%

（4）粉煤灰：天津電廠Ⅱ級(jí)灰。

（5）外加劑：合成多功能外加劑，自制。

（6）對(duì)比外加劑：天津市飛龍砼外加劑生產(chǎn)的傳統(tǒng)JFL-2型聚羧酸減水劑母液，固含量40%

（7）水：自來水，工業(yè)級(jí)。

性能測(cè)試

合成研發(fā)試驗(yàn)以不同酸醚比、引發(fā)劑和調(diào)量劑，合成特定分子量的多功能混凝土外加劑，再以10%15%20%替代普通聚羧酸減水劑比例復(fù)配制得實(shí)施例樣品與JFL-2型減水劑對(duì)比，水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果見表1，混凝土工作性能結(jié)果見表2?；炷潦褂玫募?xì)骨料為河砂與機(jī)制砂的混合砂。

圖 1～5為使用該多功能外加劑的工程現(xiàn)場(chǎng)圖。

經(jīng)過大量實(shí)際攪拌站、管樁、裝配式構(gòu)件廠試驗(yàn)，多功能性聚羧酸混凝土外加劑可有效改善普通減水劑與水泥、機(jī)制砂存在適應(yīng)性差的問題。通過合理試驗(yàn)可顯著降低外加劑摻量，降低混凝土粘度，有效地增加混凝土的密實(shí)性，抗離析泌水，混凝土早、后期強(qiáng)度均明顯提升，不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮問題。

對(duì)水泥砂漿、混凝土的物理性能有很大改善，混凝土強(qiáng)度可明顯提升。對(duì)水泥顆粒具有明顯的分散效果，可有效降低混凝土拌合時(shí)的粘度，尤其是高強(qiáng)混凝土或材料較粘的混凝土摻高分散性聚羧酸混凝土外加劑可大幅提升混凝土的工作性和流動(dòng)性。

結(jié)論

根據(jù)聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)有的混凝土材料特點(diǎn)研發(fā)了一種混凝土多功能外加劑。該多功能外加劑適用范圍廣，對(duì)各類混凝土工作性能有很大改善，對(duì)水泥顆粒和機(jī)制砂具有明顯的分散效果，可有效降低混凝土拌合時(shí)的粘度，尤其是高強(qiáng)度等級(jí)混凝土或材料較粘的混凝土，可大幅提升混凝土的工作性和流動(dòng)性。該多功能外加劑適用性好、分散性好、抗離析泌水、泵送損失少。產(chǎn)品性能好、成本低、生產(chǎn)簡單，常溫可以合成，綜合效益高，具有廣闊的應(yīng)用前景。

供稿人：賈雷，張德星等

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說明書》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

【會(huì)議培訓(xùn)】

2025全國混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會(huì)

第十屆全國建筑固廢和尾礦泥漿處理及資源化利用大會(huì)暨中國砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)年會(huì)

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國商品混凝土年會(huì)

預(yù)拌（商品）混凝土應(yīng)用技術(shù)和工藝技能線上培訓(xùn)

混凝土（砂漿）試驗(yàn)檢測(cè)方法實(shí)操教學(xué)線上培訓(xùn)

【咨詢服務(wù)】

科技成果評(píng)價(jià)

預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯研究

高速公路及橋涵高性能混凝土技術(shù)咨詢

課題研究

研發(fā)中心建設(shè)

產(chǎn)品檢測(cè)

綠色建材產(chǎn)品認(rèn)證

[綠滿庭院]《HJ建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自保溫技術(shù)體系》推廣等

【建材“雙碳”業(yè)務(wù)】

低碳膠凝材料研發(fā)與制備

復(fù)合摻合料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應(yīng)用技術(shù)

建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室建設(shè)指南》圖書

混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡稱“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動(dòng)態(tài)，為全國混凝土行業(yè)開展技術(shù)服務(wù)工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標(biāo)準(zhǔn)、開展技術(shù)咨詢、舉辦技術(shù)會(huì)議、承擔(dān)行業(yè)培訓(xùn)、從事認(rèn)證評(píng)價(jià)和開發(fā)研究等，中心是建材情報(bào)所主要業(yè)務(wù)部門之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會(huì)分支機(jī)構(gòu)包括中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)混凝土專業(yè)委員會(huì)、中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)預(yù)制建筑產(chǎn)業(yè)專業(yè)委員會(huì)、中國砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺(tái)有預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務(wù)平臺(tái)、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務(wù)平臺(tái)、中國商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會(huì)（擁有200余名行業(yè)一線專家）、北京砼享未來工程技術(shù)研究院（會(huì)員制技術(shù)和管理服務(wù)）。

中心每年參與多個(gè)混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，包括雄安新區(qū)混凝土項(xiàng)目咨詢、河北省多個(gè)高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個(gè)混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認(rèn)證和科技成果評(píng)價(jià)工作。

咨詢電話：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915

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