混凝土原材料的變化及外加劑的發展方向研究

王培林 （安徽省建筑工程質量第二監督檢測站，安徽 合肥 230031）

0 前言

混凝土作為主要的建筑材料之一，其原材料主要包括水、砂石、水泥和外加劑，將這些材料按照一定的配合比進行拌和就能制成強度等級和功能不同的混凝土。現如今，外加劑的使用逐漸頻繁，不管是高強度混凝土，還是噴射混凝土，都需要使用外加劑，簡言之，外加劑的使用豐富了混凝土的功能。因此，對此課題進行研究，具有十分重要的意義。

1 混凝土原材料現狀和政策對外加劑的影響

1.1 混凝土原材料現狀

自十二五規劃以來，國家十分重視天然河砂的開采，認為過度開采天然河砂，會影響生態環境的穩定性，故實施了相關政策，對天然河砂開采進行限制，同時禁止開采海砂。但這樣一來，就使市場中的砂石供應產生了巨大缺口，在這一背景下，為了使砂石需求得到滿足，機制砂成為了重點研究方向。據查閱統計資料得知，我國已經是機制砂產量和消耗量最高的國家，機制砂年產量超過了90億噸，機制砂生產行業成為了消耗固體資源量最多的行業之一。但企業在生產機制砂的過程中，不僅需要消耗固體原材料，同時會產生大量的泥粉，而泥粉與普通的水泥顆粒相比，對于外加劑的吸附速率和吸附量較大，很難充分發揮外加劑的作用。

此外，在社會經濟高速發展的今天，城市規模日益擴張，對于混凝土材料的需求進一步增加，尤其是城市建設，會消耗大量的混凝土材料，但與此同時，也會產生混凝土垃圾，據統計，自2010年以來，我國每年都會產生13億噸以上的混凝土垃圾，如何對其進行處理，成為了亟需解決的問題。將其作為再生骨料，重新應用于混凝土制作是一條有效的問題解決路徑，這樣一來，不僅可以滿足建筑工程施工對骨料的需求，還能實現廢物利用，起到保護環境的目的。但是這種骨料的性能卻無法與天然骨料相媲美，具體表現在再生骨料顆粒表面十分粗糙，且存在大量的裂紋，吸水率偏低，且不具備和易性，故在使用過程中需要輔以大量的外加劑，其應用成本會因此而上升。

1.2 國家政策對外加劑的影響

目前，國家制定并落實了節能減排的政策，在這個政策的要求下，大量的工業副產品和肥料被應用到水泥的制作之中，故不同地區和不同廠家在生產水泥時，所采用的配合比和原材料有所不同，致使外加劑和水泥存在嚴重的適應性問題，這個問題尚未得到有效的解決，對外加劑的發展產生了一定的影響[1]。

2 外加劑的發展方向

2.1 功能逐漸完善

現階段，人們對于建筑工程的功能提出了更多的要求，為滿足需求，建筑工程項目在施工過程中需要使用不同種類的混凝土，賦予了混凝土多樣性的特點，以瀝青混凝土為例，瀝青混凝土由于具有較高的穩定性和強度，故在公路工程施工中的應用十分廣泛，為保證工程施工質量，在混凝土制備完成后，需要通過試驗的方式，對其針入度、延度、密度和軟化點進行檢測，確保混凝土各項指標符合設計標準。為實現這一目的，需要在混凝土制造過程中使用外加劑，這表明，外加劑的功能需要逐漸完善，只有這樣，才能與混凝土的發展相吻合。比如：技術人員在研究外加劑時，可以將使用要求作為依據，如果使用要求為改變聚羧酸系減水劑的分子結構特征，則研究人員就可以研發出聚羧酸系減水劑，從而使施工需求得到滿足。國內學者將甲基丙烯酸、二乙二醇單丁醚等作為主要材料，完成一種低收縮率且具有降低黏度功能減水劑的制作。與之相類似的研發還有許多，表明外加劑未來會由單一功能型向復合功能型發展[2]。

瀝青混凝土試驗結果

2.2 無機型向有機、無機復合型發展

一般情況下，有機型外加劑的使用量都會低于無機型外加劑，且前者的效能遠高于后者，同時，后者在使用后，會增加混凝土內部有害金屬離子的數量，容易降低混凝土的使用壽命，并導致各類混凝土質量問題的出現。目前，我國實施了多種技術規范，對混凝土中氯離子含量進行了限制，比如：《混凝土外加劑》（GB8076-2008）以及《混凝土外加劑應用技術規范》等等。因此，使用高效能，且摻加量少的有機型外加劑十分關鍵，無機型外加劑必然會被有機型外加劑所取代。比如：國內學者使用了硫酸鋰和三乙醇胺復摻，研制出了一種具有良好應用效能的復合型外加劑。還有一些學者將納米尺度的水化硅酸鈣和早強型減水劑進行復合，得到了一種性能十分優越的早強劑。

2.3 制備工藝的升級和多樣化

在保證外加劑質量的基礎上，對其制備工藝進行優化和創新，降低生產成本，節約資源，增強企業的市場競爭力，并與國家環保政策要求相契合，已經成為外加劑制備企業的重點工作內容。在此背景下，大量的新制備工藝被提出，比如：微波合成技術、超枝化聚羧酸系減水劑等。其中，我國較為知名的減水劑制備工藝為粉體聚羧酸系減水劑制備工藝。這種制備工藝有以下方面的優勢：①支持材料的長途運輸；②生產成本低廉；③保質期長；④能夠適用于各種施工材料，比如噴射混凝土、干混砂漿等[3]。

2.4 使用天然材料和工業副產品，開發外加劑種類

近些年，通過使用一些低成本的天然材料，制備外加劑成為了業內的重點話題，常見的低價天然材料包括淀粉、殼聚糖以及木質素。接枝改性木質素可以使材料原本的不足得到改善，從而將這種天然原材料應用于工程領域。國內學者采取多種方式，降解羧甲基淀粉，然后將其與醚型聚羧酸減水劑復合，從而制備了一種具有優異效能的減水劑。另有一部分學者對玉米淀粉進行了酸解處理，在氧化和醚化后，制作了一種全新的復合減水劑，實踐應用效果表明，這種淀粉減水劑的效能遠遠高于普通的萘系減水劑。

2.5 外加劑會影響水泥的改性作用

在混凝土材料中使用外加劑，有助于增強混凝土材料的性能，雖然使用大量的外加劑可以適當減少水泥的用量，但與普通混凝土相比，所耗費的外加劑卻高出了近兩倍，為此，研究人員需要對此類現象加以關注。此外，一部分高強度混凝土對外加劑十分依賴，使用不同種類超塑化劑制備的混凝土，在強度和強度變化趨勢上的差異十分顯著，而導致此類現象發生的主要原因就是活性劑會影響水泥的水化性。通常情況下，在低水灰比高流態混凝土中使用塑化劑，在攪拌10min后，結板現象就會出現，具體表現為在混凝土坍落后，如果沒有及時攪拌，混凝土會假凝，并且下部混凝土硬度上升，然而不使用塑化劑的混凝土卻不容易出現這種情況，對這種問題進行預防和避免，需要專家進行研究。

2.6 分析檢測方法的研究

除了要加強外加劑本身的研究，還要對分析檢測方法進行研究，究其原因，主要是通過研究分析檢測方法，提高檢測結果的準確性，有助于及時發現和把握外加劑的使用現象和規律，從而強化外加劑的研究效果，促進高效能外加劑的出現。

3 結論

綜上所述，在科學技術高速發展的今天，外加劑研究是大勢所趨，混凝土也因此實現了快速發展，其性能和功能愈加完善，促進了建筑工程質量的提升。但與此同時，目前所使用的外加劑依然存在一些不足，因此，有關研究者需要把握外加劑未來發展的方向，并在此基礎上，對新型外加劑進行研發，從而滿足混凝土發展的需求。