【混凝土科技奖】机制砂混凝土和易性调节关键聚羧酸减水剂研究
2021年度
混凝土科学技术奖•技术革新类
项目展示
2021年度 混凝土科学技术奖工作于2021年5月启动,至12月圆满完成。报名期间共收到有效申报项目44项。经过专家评审委员会的初评及终评,共计33个项目获奖,包括一等奖1项、二等奖18项、三等奖14项,其中“科技进步类”16项、“技术发明类”1项、“技术革新类”16项。
主要完成单位:中建西部建设建材科学研究院有限公司
主要完成人:杨文、刘明、张磊、曾超、王福涛
随着我国基础设施建设的快速发展,建设用砂的需求量与日俱增。天然砂资源的短缺促使机制砂成为混凝土用砂的主要产品。但由于机制砂普遍存在粒形差、棱角多、石粉及泥含量较高等情况,导致生产的混凝土拌合物易出现离析、泌水、堵管等问题,严重影响混凝土施工和工程质量。因此,机制砂混凝土的应用和发展亟需和易性调控关键材料及相关技术的创新。
国内外研究者分别从混凝土配合比设计和外加剂复配技术两方面采取措施:一是调整混凝土配合比,优化砂石级配,但该法受区域地材限制;二是复配纤维素醚、保水剂、抗离析剂等功能助剂,此类助剂易与减水剂产生相容性问题,改善效果和适应性有限。
聚羧酸减水剂具有分子结构设计性强,性能可调控等优点。通过设计和制备功能靶向结构的聚羧酸减水剂是解决机制砂混凝土应用性能的有效途径。目前针对混凝土应用过程中的问题,国内已开发出保坍功能、早强功能、降黏功能、引气功能的聚羧酸减水剂品种,但针对机制砂混凝土和易性提升方面,减水剂结构与性能关系研究较少。
针对上述情况,本项目提出机制砂混凝土和易性调节功能的聚羧酸减水剂研究思路,开展了技术攻关,并实现规模化生产和应用。本研究针对机制砂混凝土和易性差,易离析泌水等问题,以浆体与骨料界面相互作用力为切入点,从聚羧酸减水剂结构与性能关系研究出发,通过自制的马来酸甘油磷酸酯作为功能单体,与烯丙基聚氧乙烯基醚大单体聚合得到具有和易性调节性能的聚羧酸减水剂,该减水剂能明显降低机制砂混凝土泌水率和离析率。
机制砂混凝土和易性调节关键技术研究技术路线
主要创新点
1、创新性地开发了一种具有多羟基结构和强吸附基团的功能单体,引入聚羧酸减水剂结构单元,通过改变浆体的表面化学性质,增强水泥浆体在机制砂颗粒表面的吸附,改善水泥浆体对骨料的包裹性;
2、将功能单体成功应用于聚羧酸减水剂的合成中,开发了双氧化还原引发剂,成功匹配功能单体和不饱聚醚的聚合活性,形成了一种对机制砂混凝土具有和易性调控功能的新型外加剂。
3、技术先进性指标:混凝土压力泌水率降低至10%~20%,离析率降低至7%以下;混凝土2h内工作状态稳定,中途无放大泌水现象。
应用效果
项目申报国家发明专利2项,发表论文5篇,科技成果评价达到国际先进水平,该成果先后在中国西部第一高楼—成都绿地蜀峰468、成都京东方租赁住房工程、欧铂公司第二营运基地项目、成都地铁11号线等项目工程应用并推广至“一带一路”沿线国家的房建工程、市政交通、高速桥梁等工程。该成果的应用不仅保障了工程施工效率与施工质量,也促进国内机制砂的规模化使用,减少天然砂的开采。在科技创效、保护生态环境方面具有重要的经济社会效益。
“成都绿地蜀峰468”
马来西亚“富力公主湾”
华丽高速公路
(“一带一路”建设重点项目)
阿尔及利亚嘉玛大清真寺
(非洲第一大清真寺)
中建西部建设建材科学研究院有限公司成立于2019年4月8日,是中建西部建设股份有限公司的全资子公司,承担着中建西部建设科技研发及产业孵化的职能。研究院坐落于成都科学城兴隆湖畔,拥有超2万平米实验室的研究院大楼,首批科研设备价值达3000万,是中国建筑专注于建筑材料的科研平台,中建西部建设轴心式研发体系的核心。
中建西部建设建材科学研究院有限公司以“智造未来建材,拓展幸福空间”为使命,以打造“建材领域国际‘双一流’平台”为愿景,重点围绕混凝土原材料、混凝土生产工艺、混凝土工程技术、固废资源利用、特种混凝土和混凝土智能制造6大方向开展科技创新和成果转化工作。
现有科研事务管理部、科技成果转化中心、综合办公室、财务资金部、市场与项目管理部、安全质量与环境监督管理部6个职能部门,下设高性能混凝土研究所、骨料及资源综合利用研究所、化学建材研究所和智能制造研究所4个专业研究所。现有自有职工76人,其中博士6人,硕士48人,硕士及以上学历占比71%。
研究院加大科技平台建设和对外交流,获批首批中建土木工程材料重点实验室,设立CCPA混凝土工程技术分会并开设中国混凝土工程技术论坛,创办中建西部建设“兴隆湖论坛”品牌活动,为搭建全产业链平台奠定了坚实基础。现已与同济大学、上海交通大学、重庆大学、西南科技大学签订合作协议,现有院校合作项目8个,院企合作项目13个,企业间合作项目22个,行业影响力逐步提升。
公司现布局各类课题81项,其中国家级2项;共获受理专利73项,授权专利48项;发表论文108篇,其中SCI/EI论文50篇;11项科技成果达到国际先进及以上水平;获第23届中国专利优秀奖1项。公司现有预拌混凝土智能制造、“双碳”技术、超高性能混凝土系列产品、新型低碳结构材料与技术4个系列、40余项产品技术,应用场景涵盖绿色建筑、固废资源综合处置和智慧工厂建设等领域,为助力“双碳”目标贡献力量。
“十四五”期间,研究院将延续“智造未来建材,拓展幸福空间”的使命和“打造建材领域国际‘双一流’平台”的愿景,坚持“两领五强”总体战略目标引领,力争达成“自主创新能力强,主业支撑能力强,市场竞争力强,人才培育能力强,品牌影响力强”的战略目标。
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