混凝土外加剂的应用领域向深度和广度发展
混凝土外加剂是现代高性能混凝土的关键组成部分,对于满足混凝土工作性能、可泵性能,力学性能、体积稳定性能、耐久性能等具有重要的支撑作用,随着我国混凝土外加剂行业的持续发展,传统的木质素磺酸盐、萘系、脂肪族类减水剂已经不能满足高性能混凝土的要求,市场份额也在逐年降低,当前发展主要方向以聚羧酸减水剂合成与功能化改性、混凝土外加剂应用技术开发为主,前者以聚羧酸减水剂性能提升、多功能化、绿色合成工艺研究为主,后者则是聚焦混凝土应用端的复配技术研究为主,这其中也包含了功能助剂的开发研究。
近年来,喷射混凝土在我国基础设施建设和城市建设工程中起到越来越重要的作用,用量呈不断增加趋势。特别是随着我国“西部开发”和“一带一路”的不断推进,西部地区高速铁路、公路建设过程中隧道建设工程越来越多,对喷射混凝土的性能和耐久性等提出了越来越高的要求。速凝剂是能使混凝土或水泥砂浆迅速凝结硬化的外加剂,其主要功能是加速喷射混凝土的凝结硬化速度,减少回弹损失,防止喷射混凝土因重力引起脱落,加大一次喷射厚度和缩短喷射层间的间隔时间。自从20世纪30年代瑞士SIKA公司最早研制出Sigunite粉状速凝剂以来,速凝剂的发展经历了粉状高碱性、粉状低碱、液体高碱、液体低碱和液体无碱速凝剂的发展历程。液体无碱速凝剂是速凝剂产品未来的研究发展方向。
近年来我国速凝剂行业结构调整加速,液体速凝剂产量增速明显。据中国建材联合会混凝土外加剂分会统计,2019年我国速凝剂总产量已达到180万吨。其中液体速凝剂产量在2015年时为46.96万吨,2019年时产量已达到95.2万吨。因此未来液体速凝剂必将取代传统粉状速凝剂成为主流产品。
水泥混凝土管涵是城乡建设事业不可缺少的重要水泥制品,目前我国已成为世界上生产使用混凝土和钢筋混凝土管涵最多的国家,管涵也成为我国水泥制品工业中最大产业之一。据不完全统计,我国现有各种规模管涵生产企业约5000家左右;钢筋混凝土排水管产品制造和应用的最大规格已超过4000mm;预制矩形体顶管最大断面达14.8mX9.426m;Φ3500mm以上大口径钢筋混凝土管和6m—7m以上矩形箱涵在全国各地的综合管廊、电力隧道和地铁通道中得到广泛应用。
我国管涵生产工艺包括离心、悬辊、芯模振动、径向挤压和浇筑成型等形式。其中浇筑成型工艺对混凝土外加剂有一定的要求。满足混凝土浇筑工艺的混凝土一般要求具有良好的流动性、粘聚性、保水性等工作性能(和易性),因此在浇筑工艺的管涵生产中最常使用的是为改善和易性的萘系高效减水剂和以聚羧酸为代表的高性能减水剂,其中以聚羧酸高性能减水剂占大多数。
在混凝土结构耐久性、抗冻融、防潮防渗性能等要求较高的管涵产品生产中,有时还需要掺加引气剂、防潮剂、防渗剂等,泵送的混凝土中需要掺加泵送剂,有特殊性能要求的还会掺加缓凝剂和速凝剂等。
国家在节能降耗、绿色生产等方面出台了一系列的政策,鼓励企业采用是低碳环保的材料和工艺,自密实混凝土工艺及免蒸养混凝土具有较好的优势,因此研发满足于自密实混凝土及免蒸汽养护的混凝土制品生产需要的外加剂尤其为重要,在此方面我们和发达国家相比还有一定的差距。
随着技术的进步和对混凝土制品的功能性要求越来越多,能提高混凝土强度、高耐久性等功能性要求的外加剂也越来越多。如对于输送污水或腐蚀性介质混凝土管涵对提高混凝土耐久性方面的外加剂性能要求会越来越高;对于抗渗要求高、抗氯离子腐蚀及硫酸盐腐蚀等要求,对混凝土强度、密实度及抗腐蚀渗透等性能就有较高要求;相应为适应混凝土这些功能,则需要在外加剂方面提出更多要求。目前对于高性能混凝土、自密实混凝土、免蒸养混凝土制品、超高强混凝土制品等也是包括管涵在内的混凝土制品的发展趋势,需要外加剂的助力。未来随着混凝土性能的提高,纤维混凝土和超高型的混凝土使用量会逐步提高,还会需要满足适应它们性能的高流态减稠型专用外加剂。
抗泥型聚羧酸减水剂、早强型聚羧酸减水剂、降粘型聚羧酸减水、和易性改善型聚羧酸减水剂、机制砂混凝土外加剂等众多外加剂研制成功,并在工程中实际应用,取得了很好的效果。未来还会有更多功能性外加剂投入使用。
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