高性能混凝土增效劑的研制

王恒 黃煌 陳威 尹丹 羅習(xí)

【摘 要】高性能混凝土增效劑可以提高混凝土抗壓強度和抗折強度，并具有激發(fā)減水劑及分散膠凝材料、改善混凝土和易性、抗泌水離析、減少混凝土裂縫的功效。文章以公司自主發(fā)明專利“一種混凝土增效劑”（專利號：ZL201410658040.5）為核心技術(shù)，研制高性能混凝土增效劑。同時，介紹了高性能混凝土增效劑的技術(shù)原理、主要技術(shù)參數(shù)、技術(shù)創(chuàng)新點及應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】混凝土;增效劑;研制

【中圖分類號】TQ172.46 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）10-0047-02

高性能混凝土是當(dāng)前國內(nèi)外混凝土領(lǐng)域中的研究熱點，是一種具有良好施工性能、強度高、體積穩(wěn)定性好的高耐久性混凝土，是混凝土進入高科技時代的產(chǎn)物，是21世紀的重要建筑材料。

研究發(fā)現(xiàn)，混凝土中有接近20%的水泥細顆粒未能水化，僅作為填充材料，這既造成膠凝材料的浪費，也導(dǎo)致水泥不能充分發(fā)揮其強度作用[1]。因此，研發(fā)新型外加劑，促進水泥水化是提高膠凝材料使用效率的一個重要途徑。混凝土增效劑是新興的混凝土外加劑，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，混凝土強度和耐久性能夠保持甚至有所提高[2]。

1 技術(shù)原理、技術(shù)路線及工藝流程

1.1 技術(shù)原理

高性能混凝土增效劑由表面分散劑、活性激發(fā)劑、催化調(diào)節(jié)劑等組成，它能通過催化作用，有效促進減水劑對膠凝材料顆粒的分散，提升減水劑的效果，改善新拌混凝土的性能。通過化學(xué)絡(luò)合作用，使膠凝材料細粉料分散再凝聚，提高混凝土漿體豐富程度，改善拌和物的包裹性。通過屏蔽作用，有效控制黏土的吸附與膨脹作用，提高減水劑與復(fù)雜砂石材料的相容性。通過削弱水分子極性，減少混凝土內(nèi)部大泡，增加微泡數(shù)量，保證了硬化混凝土的強度和耐久性。通過晶格畸變作用，促進膠凝材料顆粒的水化反應(yīng)，減少水化產(chǎn)物晶體礦物數(shù)量，提高膠凝產(chǎn)物數(shù)量，使二次水化反應(yīng)更加充分，極大地改善了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)界面過渡區(qū)的狀況。

以本公司自主發(fā)明專利為核心技術(shù)的混凝土增效劑，主要成分為三乙醇胺、羧丙基甲基纖維素、聚丙烯酰胺、聚羧酸系減水劑、木質(zhì)素磺酸鈉、硅灰、三聚磷酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、葡萄糖酸鈉，經(jīng)過有機合成和復(fù)合兩個工藝過程，制造出無氯無堿、以高分子聚合物為主體的高性能混凝土增效劑。

在混凝土生產(chǎn)過程中，使用增效劑可有效促進減水劑對膠凝材料的分散均勻性，提高混凝土拌和物的保水、鎖水性能，明顯改善拌和物離析、泌水現(xiàn)象;能有效提高拌和物漿體豐富程度，改善混凝土黏聚性、包裹性，且可降低混凝土黏稠度，減小泵送阻力。由于增效劑具有良好的抗泥、抗吸附作用，因此有效地改善了拌和物的流動性，增強了混凝土的保坍效果。與此同時，增效劑可明顯改善減水劑與膠凝材料、砂石集料的適應(yīng)性，降低減水劑摻量的敏感性，提高了拌和物的穩(wěn)定性。此外，增效劑還可改善硬化混凝土的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，提高混凝土抗凍、抗?jié)B、抗碳化能力，有效改善混凝土的耐久性。

1.2 技術(shù)路線

以公司自主發(fā)明專利“一種混凝土增效劑”（專利號：ZL201410658040.5）[3]為核心技術(shù)，研發(fā)高性能混凝土增效劑的生產(chǎn)工藝。技術(shù)路線如下：{1}高性能混凝土增效劑生產(chǎn)合成工藝的開發(fā);{2}聚合反應(yīng)過程工藝路線的優(yōu)化設(shè)計;{3}最優(yōu)工藝條件技術(shù)參數(shù)的確定和重復(fù)試驗驗證;{4}有機合成和復(fù)合反應(yīng)過程中關(guān)鍵材料的選擇和質(zhì)量控制要點;{5}過程設(shè)備與過程控制的優(yōu)化設(shè)計。

1.3 工藝流程

高性能混凝土增效劑的生產(chǎn)包含合成和復(fù)合兩個反應(yīng)過程，合成反應(yīng)需要在最佳條件下進行，控制反應(yīng)過程，最大限度地避免副反應(yīng)的發(fā)生，減少不希望的副產(chǎn)物生成，合成聚羧酸中間體;然后與調(diào)節(jié)劑等組分混合，再經(jīng)過復(fù)合反應(yīng)，生成最終的聚合物成品，并經(jīng)過檢測合格即得到混凝土增效劑成品。其工藝流程如圖1所示。

2 主要技術(shù)參數(shù)

高性能混凝土增效劑的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3 技術(shù)創(chuàng)新點及創(chuàng)新效果

3.1 技術(shù)創(chuàng)新點

“高性能混凝土增效劑的研制”是以公司自主發(fā)明專利“一種混凝土增效劑”（專利號：ZL201410658040.5）為核心技術(shù)，其技術(shù)創(chuàng)新點如下。

（1）研制的高性能混凝土增效劑，由以下重量百分比的原料制成：三乙醇胺為20%～35%，羧丙基甲基纖維素為15%～28%，聚丙烯酰胺為10%～15%，聚羧酸系減水劑為20%～26%，木質(zhì)素磺酸鈉為5%～12%，硅灰為2%～6%，三聚磷酸鈉為1%～5%，十二烷基苯磺酸鈉為0.01%～0.06%，葡萄糖酸鈉為0.01%～0.05%。

（2）研制的高性能混凝土增效劑配方中各組分發(fā)揮了很好的協(xié)同效應(yīng)：三乙醇胺能夠提高混凝土的早期強度和臺時產(chǎn)量，摻入量適宜，避免了摻量過高對后期混凝土產(chǎn)生不利影響;羧丙基甲基纖維素不僅具有很強的分散性能，還具有保水性，能高效地激發(fā)減水劑及分散膠凝材料;聚丙烯酰胺具有潤滑作用，減少研磨的阻力，減小泵送摩阻，提高混凝土的流動性;聚羧酸系減水劑起到減少混凝土拌和用水、促進混凝土早強劑、微引氣的作用，提高混凝土抗凍融和抗碳化能力;木質(zhì)素磺酸鈉兼具減水、緩凝、引氣三重功效，可以起到改善混凝土包裹性能的作用，同時可以提高混凝土抗碳化能力;硅灰能夠填充水泥顆粒間的孔隙，同時與水化產(chǎn)物生成凝膠體，具有明顯提高混凝土強度的作用，添加適量的硅灰可提高混凝土強度等級;三聚磷酸鈉可以提高混凝土的早期強度;十二烷基苯磺酸鈉顯著解決增效劑與混凝土的適應(yīng)性問題;葡萄糖酸鈉能夠顯著提高混凝土的流動性，促進混凝土的細化。

3.2 技術(shù)創(chuàng)新效果

公司研制的高性能混凝土增效劑無氯無堿，以高分子聚合物為主體的高效復(fù)合混凝土外加劑，為無色或淡黃色半透明液體，用于改善混凝土的工作性能，對水泥適應(yīng)性強，摻量少。使用本公司的高性能混凝土增效劑可以降低混凝土的水灰比，快速增強水泥顆粒的分散，提升混凝土高效減水劑的功效，改善新拌混凝土的性能，使混凝土具有比較大的流動性和保塑功能，改善骨料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)，從而增強混凝土中各物相之間的連接力，改善水泥石的孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性和強度，提高混凝土的性能。達到減少環(huán)境污染，節(jié)省資源、節(jié)省能源和增長混凝土壽命的目的。有益效果在于以下幾個方面：{1}有效改善混凝土的和易性，減少泌水，泵送摩阻小。{2}提高混凝土的密實性，提高抗?jié)B性，減少混凝土裂縫。{3}能減少水泥用量12%～17%，可保持或超過基準(zhǔn)強度。{4}能最大限度地激發(fā)減水劑及分散膠凝材料。{5}本產(chǎn)品無毒無污染，生產(chǎn)過程零排放，屬于綠色環(huán)保材料。

4 結(jié)語

“高性能新材料混凝土增效劑的制備技術(shù)開發(fā)”項目列入2019年桂林市科學(xué)技術(shù)局技術(shù)創(chuàng)新計劃項目（市科〔2019〕34號，合同編號：20190410）。

（1）研制的高性能混凝土增效劑與目前標(biāo)準(zhǔn)中的減水劑的主要區(qū)別如下：它突破了目前市場上外加劑的概念，是在現(xiàn)有基準(zhǔn)樣減水劑調(diào)整到最佳狀況的基礎(chǔ)上，進一步改善了混凝土的綜合性能，這是現(xiàn)有減水劑及其復(fù)配產(chǎn)品所不能實現(xiàn)的。

（2）研制的高性能混凝土增效劑可高效激發(fā)減水劑的功效，特別是中性和弱堿性的高效減水劑，同時發(fā)揮減水劑沒有的綜合改善混凝土性能的作用，顯著提高混凝土的強度5%～15%，或減少水泥使用量5%～15%;改善和易性;抗泌水、抗離析;泵送阻力小;提高混凝土的保坍性能;增效劑不含氯離子和堿性物質(zhì)，對鋼筋無腐蝕性;使用后，抗凍融和抗碳化能力均有顯著提高。

（3）研制的高性能混凝土增效劑經(jīng)廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測中心（報告編號：[型式]〔2019〕第344號報告日期：2019年10月18日），各項技術(shù)指標(biāo)達到桂林市科學(xué)技術(shù)局技術(shù)創(chuàng)新計劃項目合同規(guī)定的要求。

（4）研制的高性能混凝土增效劑經(jīng)華潤混凝土（梧州）有限公司、廣西廣通混凝土有限公司、廣西建筑產(chǎn)業(yè)化股份有限公司、廣西富川宏建混凝土有限公司等試用，應(yīng)用效果良好。

（5）研制的高性能混凝土增效劑適用面廣，實用性強，應(yīng)用前景廣闊。

參 考 文 獻

[1]P K Mehta，Paulo J M Monteiro.混凝土結(jié)構(gòu)、性能和材料[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]韓永軍，凌金，張津踐，等.混凝土增效劑的應(yīng)用與研究進展[J]. 水泥助磨劑與混凝土外加劑，2016（1）：45-49.

[3]尹丹，黃煌，陳威，等.一種混凝土增效劑[P].中國專利：ZL201410658040.5，2014-11-18.