混凝土原材料的变化及外加剂的发展方向研究

2020-12-17王培林安徽省建筑工程质量第二监督检测站安徽合肥230031

安徽建筑 2020年12期

王培林（安徽省建筑工程质量第二监督检测站，安徽合肥 230031）

0 前言

混凝土作为主要的建筑材料之一，其原材料主要包括水、砂石、水泥和外加剂，将这些材料按照一定的配合比进行拌和就能制成强度等级和功能不同的混凝土。现如今，外加剂的使用逐渐频繁，不管是高强度混凝土，还是喷射混凝土，都需要使用外加剂，简言之，外加剂的使用丰富了混凝土的功能。因此，对此课题进行研究，具有十分重要的意义。

1 混凝土原材料现状和政策对外加剂的影响

1.1 混凝土原材料现状

自十二五规划以来，国家十分重视天然河砂的开采，认为过度开采天然河砂，会影响生态环境的稳定性，故实施了相关政策，对天然河砂开采进行限制，同时禁止开采海砂。但这样一来，就使市场中的砂石供应产生了巨大缺口，在这一背景下，为了使砂石需求得到满足，机制砂成为了重点研究方向。据查阅统计资料得知，我国已经是机制砂产量和消耗量最高的国家，机制砂年产量超过了90亿吨，机制砂生产行业成为了消耗固体资源量最多的行业之一。但企业在生产机制砂的过程中，不仅需要消耗固体原材料，同时会产生大量的泥粉，而泥粉与普通的水泥颗粒相比，对于外加剂的吸附速率和吸附量较大，很难充分发挥外加剂的作用。

此外，在社会经济高速发展的今天，城市规模日益扩张，对于混凝土材料的需求进一步增加，尤其是城市建设，会消耗大量的混凝土材料，但与此同时，也会产生混凝土垃圾，据统计，自2010年以来，我国每年都会产生13亿吨以上的混凝土垃圾，如何对其进行处理，成为了亟需解决的问题。将其作为再生骨料，重新应用于混凝土制作是一条有效的问题解决路径，这样一来，不仅可以满足建筑工程施工对骨料的需求，还能实现废物利用，起到保护环境的目的。但是这种骨料的性能却无法与天然骨料相媲美，具体表现在再生骨料颗粒表面十分粗糙，且存在大量的裂纹，吸水率偏低，且不具备和易性，故在使用过程中需要辅以大量的外加剂，其应用成本会因此而上升。

1.2 国家政策对外加剂的影响

目前，国家制定并落实了节能减排的政策，在这个政策的要求下，大量的工业副产品和肥料被应用到水泥的制作之中，故不同地区和不同厂家在生产水泥时，所采用的配合比和原材料有所不同，致使外加剂和水泥存在严重的适应性问题，这个问题尚未得到有效的解决，对外加剂的发展产生了一定的影响[1]。

2 外加剂的发展方向

2.1 功能逐渐完善

现阶段，人们对于建筑工程的功能提出了更多的要求，为满足需求，建筑工程项目在施工过程中需要使用不同种类的混凝土，赋予了混凝土多样性的特点，以沥青混凝土为例，沥青混凝土由于具有较高的稳定性和强度，故在公路工程施工中的应用十分广泛，为保证工程施工质量，在混凝土制备完成后，需要通过试验的方式，对其针入度、延度、密度和软化点进行检测，确保混凝土各项指标符合设计标准。为实现这一目的，需要在混凝土制造过程中使用外加剂，这表明，外加剂的功能需要逐渐完善，只有这样，才能与混凝土的发展相吻合。比如：技术人员在研究外加剂时，可以将使用要求作为依据，如果使用要求为改变聚羧酸系减水剂的分子结构特征，则研究人员就可以研发出聚羧酸系减水剂，从而使施工需求得到满足。国内学者将甲基丙烯酸、二乙二醇单丁醚等作为主要材料，完成一种低收缩率且具有降低黏度功能减水剂的制作。与之相类似的研发还有许多，表明外加剂未来会由单一功能型向复合功能型发展[2]。

沥青混凝土试验结果

2.2 无机型向有机、无机复合型发展

一般情况下，有机型外加剂的使用量都会低于无机型外加剂，且前者的效能远高于后者，同时，后者在使用后，会增加混凝土内部有害金属离子的数量，容易降低混凝土的使用寿命，并导致各类混凝土质量问题的出现。目前，我国实施了多种技术规范，对混凝土中氯离子含量进行了限制，比如：《混凝土外加剂》（GB8076-2008）以及《混凝土外加剂应用技术规范》等等。因此，使用高效能，且掺加量少的有机型外加剂十分关键，无机型外加剂必然会被有机型外加剂所取代。比如：国内学者使用了硫酸锂和三乙醇胺复掺，研制出了一种具有良好应用效能的复合型外加剂。还有一些学者将纳米尺度的水化硅酸钙和早强型减水剂进行复合，得到了一种性能十分优越的早强剂。

2.3 制备工艺的升级和多样化

在保证外加剂质量的基础上，对其制备工艺进行优化和创新，降低生产成本，节约资源，增强企业的市场竞争力，并与国家环保政策要求相契合，已经成为外加剂制备企业的重点工作内容。在此背景下，大量的新制备工艺被提出，比如：微波合成技术、超枝化聚羧酸系减水剂等。其中，我国较为知名的减水剂制备工艺为粉体聚羧酸系减水剂制备工艺。这种制备工艺有以下方面的优势：①支持材料的长途运输；②生产成本低廉；③保质期长；④能够适用于各种施工材料，比如喷射混凝土、干混砂浆等[3]。

2.4 使用天然材料和工业副产品，开发外加剂种类

近些年，通过使用一些低成本的天然材料，制备外加剂成为了业内的重点话题，常见的低价天然材料包括淀粉、壳聚糖以及木质素。接枝改性木质素可以使材料原本的不足得到改善，从而将这种天然原材料应用于工程领域。国内学者采取多种方式，降解羧甲基淀粉，然后将其与醚型聚羧酸减水剂复合，从而制备了一种具有优异效能的减水剂。另有一部分学者对玉米淀粉进行了酸解处理，在氧化和醚化后，制作了一种全新的复合减水剂，实践应用效果表明，这种淀粉减水剂的效能远远高于普通的萘系减水剂。

2.5 外加剂会影响水泥的改性作用

在混凝土材料中使用外加剂，有助于增强混凝土材料的性能，虽然使用大量的外加剂可以适当减少水泥的用量，但与普通混凝土相比，所耗费的外加剂却高出了近两倍，为此，研究人员需要对此类现象加以关注。此外，一部分高强度混凝土对外加剂十分依赖，使用不同种类超塑化剂制备的混凝土，在强度和强度变化趋势上的差异十分显著，而导致此类现象发生的主要原因就是活性剂会影响水泥的水化性。通常情况下，在低水灰比高流态混凝土中使用塑化剂，在搅拌10min后，结板现象就会出现，具体表现为在混凝土坍落后，如果没有及时搅拌，混凝土会假凝，并且下部混凝土硬度上升，然而不使用塑化剂的混凝土却不容易出现这种情况，对这种问题进行预防和避免，需要专家进行研究。