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科技创新

2023混凝土科学技术奖

【技术革新类】二等奖项目：低粘增稠型自密实混凝土复合掺合料的研究与应用

时间：2024-11-19 来源：CCPA科技工作部分享：

通过研究掺合料降粘、增稠作用机理，基于流化床气相沉积法改性复合掺合料技术，开发低粘增稠型复合掺合料（Low viscosity and thickening composite admixture，LVT）产品，结合配合比优化、外加剂改性等方法，研发出高流动性、低粘度状态下仍可保持高稠度及良好稳定性的低粘增稠型自密实混凝土。

2023年度 混凝土科学技术奖•技术革新类
项目展示

2023年度混凝土科学技术奖工作于2023年3月启动，至2023年12月圆满完成。报名期间共收到有效申报项目45项。经过专家评审委员会的初评及终评，共计30个项目获奖，包括一等奖3项、二等奖16项、三等奖11项，其中“基础理论类”2项、“科技进步类”10项、“标准创新类”3项、“技术革新类”15项。

二等奖项目

低粘增稠型自密实混凝土复合掺合料的研究与应用

主要完成单位：上海建工建材科技集团股份有限公司、上海材一科技有限公司、上海材三科技有限公司

主要完成人：朱敏涛、张海峰、马俐勇、高双双、吕计委、金自清、吴逸飞

项目概况

20世纪80年代初，东京大学冈村甫教授首次提出自密实混凝土（Self-Compacting Concrete，SCC）概念，并阐明了发展此类混凝土的必要性，且于1988年首次采用普通材料配制成功。SCC是一种高流态且不发生离析并仅在重力作用下即可达到均匀、密实填充成型的高性能混凝土，为施工带来极大的便利，同时兼有提高混凝土质量、改善施工环境、加快施工进度、降低工程费用等经济效果。

目前改善自密实混凝土（SCC）工作性能的方式众多，但SCC在满足工程应用的同时还应考虑与生产过程相适应，应避免原材料的特殊性导致生产线的过度改造或新建，也应避免功能型外加剂泛用从而造成污染。研究人员从SCC机理出发，考虑将工业固废无害化处理来替代部分水泥，控制生产成本，解决固废污染等问题。同时固废的引入可以有效改善混凝土的强度、耐久性和水化热等性能。从实际工程应用出发，针对目前自密实混凝土在大流动度下极易发生离析、泌水等现象展开研究，通过研究掺合料降粘、增稠作用机理，基于流化床气相沉积法改性复合掺合料技术，开发低粘增稠型复合掺合料（Low viscosity and thickening composite admixture，LVT）产品，结合配合比优化、外加剂改性等方法，研发出高流动性、低粘度状态下仍可保持高稠度及良好稳定性的低粘增稠型自密实混凝土。本研究将形成一系列降粘增稠型复合掺合料产品（LVT），满足不同工程需求，降低施工成本。

主要创新点

1.降粘增稠型复合掺合料复配技术

基于掺合料种类及掺量对水泥浆体工作性能影响趋势的研究，形成影响趋势图表，针对多种应用场景，根据各性能的需求指标，采用综合平衡法或赋权法动态调整各因素的掺量，结合流化床气相沉积法，改性复合掺合料，有效增大复合掺合料的活性位点，提高其火山灰活性，解决复合掺合料简单复掺活性较低导致浆体早期强度下降的问题，突破了因强度限制而影响其使用掺量的瓶颈，开发了降粘增稠型复合掺合料产品（LVT）及其复配工艺，达到了提高复合掺合料掺量、降低工程能耗和成本的效果，同时提升了低粘增稠型复合掺合料的配制速率。

2.多功能缓释型聚羧酸类外加剂改性技术

针对混凝土应用空间密闭或狭小，且对扩展时间T500和保坍性能要求较高的情况，基于对不同时间释放到峰值的缓释型减水剂的研究，增加梳状分子中减水、保坍双基团结构数量，并提高与降粘增稠型复合掺合料产品的适应性，开发了多功能缓释型聚羧酸类外加剂（ME3660等），解决了混凝土屈服剪切应力大、保坍时间短等难题，同时包裹性差、流速慢等状况得到改善。

3.混凝土配制技术

针对混凝土早期强度低、收缩率大等问题，通过对胶凝材料和骨料比例调整与选择，并制备适应性良好的外加剂，研发了适用于低粘增稠型自密实混凝土的配制技术，具有流动性好、间隙通过率高、可泵性强等特点，解决了此类混凝土因强度低、密实性差导致的应用范围小等问题。

4.流变性能简易测定技术

针对实际工程应用中自密实混凝土离析、泌水难以把控，流变性能量化判定复杂等问题，基于过往试验数据积累和实际工程中解决流程，通过简易试验装置，测量充填于管内的自密实混凝土在一个大气压下的自然流出速率，结合新拌混凝土的密度计算出混凝土的屈服剪应力与粘度，开发出一种适用于自密实混凝土的流变性能检测装置与检测方法。通过简易操作与计算，减少了试验中可能产生的变量，提升数据可靠性的同时降低了成本，解决了混凝土施工现场不具备流变性能检测条件等问题。

混凝土流变性能监测装置

（1管道、2可嵌入式底座、3调整螺栓、4轻质浮标、5长直管、6短直管、7U型管、8浮板、9刻度尺）

工程应用

1.上海地铁15号线工程

线路全长42.3公里，采用全地下敷设方式。该工程施工中采用了在高铁中广泛使用的预制轨道板道床技术，此项技术需要工厂预制生产轨道板、现场精调铺设及自密实混凝土灌注基底的施工工艺。

无砟轨道结构特点是以轨道板与充填层以混凝土粘结的形式组成整体结构来共同承受列车荷载。轨道板与充填层以“门型筋”进行强化连接，充填层混凝土与底座板间设中间隔离层，通过底座板上限位凹槽进行限位。其中影响板式轨道整体性能的关键就是充填层所用的混凝土。灌注时混凝土通过一个直径约12cm下料口进行灌注，轨道板长度约5m，宽约2m，需灌注混凝土厚约90mm，每块板需混凝土0.9m³。因此该工程空间密闭狭小，不具备振捣条件，施工困难。

无砟轨道所用预制轨道板

2.徐家汇中心虹桥路地块项目

该工程位于上海市徐汇区核心地带，工程总用地面积66017m²，建筑总面积为772643m²，包括T1、T2塔楼、酒店与裙房，作为大型城市高端综合体，项目建成后将成为新的城市地标。

根据项目设计要求，该工程高强混凝土墙柱结构均采用混凝土实体墙柱，而目前行业内高强混凝土柱多采用钢管混凝土结构，较少全部采用混凝土柱，故对混凝土柱的受力性能提出了更高要求。通过系列试验研究，开发了C80级低粘增稠型自密实混凝土，在徐家汇中心虹桥地块项目进行了三次混凝土模拟柱实体浇筑，使配合比得到了验证并成功应用于工程。

高强混凝土墙柱结构

完成单位简介

上海建工建材科技集团股份有限公司成立于1953年，是世界500强上海建工集团股份有限公司的全资子公司，是上海地区预拌混凝土、预制构件生产销售的龙头企业，业务范围辐射江苏、浙江、安徽、江西、海南等省份的多个重点城市，配套有建材石矿、外加剂、泵车运输等产业链。建材科技集团预拌混凝土年产量超5000万立方米，位居上海第一、全国第三、世界第五，具有超高泵送混凝土、特种混凝土等各类高性能功能化混凝土的研发和生产能力。拥有丰富的预制构件生产经验和强大的预制构件生产能力，年产能近75万方。拥有完善的科技研发三级体系，技术和产品广泛应用于超高层建筑、地铁隧道、市政建设、公共建筑、工业建筑和民用建筑等领域，拥有全国建筑业科技进步与技术创新先进企业证书和上海科委颁发的“高新技术企业”证书，一批小众精品混凝土引领行业技术新风尚。

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