高性能混凝土增效劑的研制

王恒 黃煌 陳威 尹丹 羅習

【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。文章以公司自主發明專利“一種混凝土增效劑”（專利號：ZL201410658040.5）為核心技術，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原理、主要技術參數、技術創新點及應用效果。

【關鍵詞】混凝土;增效劑;研制

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

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

研究發現，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，也導致水泥不能充分發揮其強度作用[1]。因此，研發新型外加劑，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 技術原理、技術路線及工藝流程

1.1 技術原理

高性能混凝土增效劑由表面分散劑、活性激發劑、催化調節劑等組成，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。通過化學絡合作用，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，提高減水劑與復雜砂石材料的相容性。通過削弱水分子極性，減少混凝土內部大泡，增加微泡數量，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，減少水化產物晶體礦物數量，提高膠凝產物數量，使二次水化反應更加充分，極大地改善了混凝土內部結構界面過渡區的狀況。

以本公司自主發明專利為核心技術的混凝土增效劑，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，經過有機合成和復合兩個工藝過程，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、砂石集料的適應性，降低減水劑摻量的敏感性，提高了拌和物的穩定性。此外，增效劑還可改善硬化混凝土的內部孔隙結構，提高混凝土抗凍、抗滲、抗碳化能力，有效改善混凝土的耐久性。

1.2 技術路線

以公司自主發明專利“一種混凝土增效劑”（專利號：ZL201410658040.5）[3]為核心技術，研發高性能混凝土增效劑的生產工藝。技術路線如下：{1}高性能混凝土增效劑生產合成工藝的開發;{2}聚合反應過程工藝路線的優化設計;{3}最優工藝條件技術參數的確定和重復試驗驗證;{4}有機合成和復合反應過程中關鍵材料的選擇和質量控制要點;{5}過程設備與過程控制的優化設計。

1.3 工藝流程

高性能混凝土增效劑的生產包含合成和復合兩個反應過程，合成反應需要在最佳條件下進行，控制反應過程，最大限度地避免副反應的發生，減少不希望的副產物生成，合成聚羧酸中間體;然后與調節劑等組分混合，再經過復合反應，生成最終的聚合物成品，并經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 主要技術參數

高性能混凝土增效劑的主要技術參數見表1。

3 技術創新點及創新效果

3.1 技術創新點

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

（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揮了很好的協同效應：三乙醇胺能夠提高混凝土的早期強度和臺時產量，摻入量適宜，避免了摻量過高對后期混凝土產生不利影響;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 技術創新效果

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構，從而增強混凝土中各物相之間的連接力，改善水泥石的孔結構，提高混凝土的抗滲性、耐久性和強度，提高混凝土的性能。達到減少環境污染，節省資源、節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，提高抗滲性，減少混凝土裂縫。{3}能減少水泥用量12%～17%，可保持或超過基準強度。{4}能最大限度地激發減水劑及分散膠凝材料。{5}本產品無毒無污染，生產過程零排放，屬于綠色環保材料。

4 結語

“高性能新材料混凝土增效劑的制備技術開發”項目列入2019年桂林市科學技術局技術創新計劃項目（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準中的減水劑的主要區別如下：它突破了目前市場上外加劑的概念，是在現有基準樣減水劑調整到最佳狀況的基礎上，進一步改善了混凝土的綜合性能，這是現有減水劑及其復配產品所不能實現的。

（2）研制的高性能混凝土增效劑可高效激發減水劑的功效，特別是中性和弱堿性的高效減水劑，同時發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，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廣西壯族自治區建筑工程質量檢測中心（報告編號：[型式]〔2019〕第344號報告日期：2019年10月18日），各項技術指標達到桂林市科學技術局技術創新計劃項目合同規定的要求。

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

（5）研制的高性能混凝土增效劑適用面廣，實用性強，應用前景廣闊。

參 考 文 獻

[1]P K Mehta，Paulo J M Monteiro.混凝土結構、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.