一、研究背景

　　我國目前水泥和混凝土的用量占全球用量的50%以上，尤其在國家重大工程水電、核電、高鐵、地鐵等項目上混凝土的質量一直是關注重點，對混凝土的質量要求也越來越高，對混凝土行業提出了更多的挑戰，現代結構與嚴酷環境，超高層、超大體積、復雜結構建筑要求混凝土的初始流動性好，保持時間要長。

　　同時混凝土組分越來越復雜，質量控制越來越難，水泥生產時混合材的摻入，混凝土攪拌時摻合料的添加，尤其是廢石膏，和大量工業廢渣，大量低品位骨料的添加，雖然可以實現固體廢棄物的無害化、資源化利用，但使混凝土組分更復雜，初始分散慢，分散保持更難，質量控制更難。使混凝土出現很多問題，流動性不足，導致混凝土不均勻，不密實，流動性損失快，易堵泵，難以澆筑 ，后期自收縮，結構性開裂，耐久性降低，縮短了混凝土構筑物的服役壽命，使工程隱患增多。新型高性能外加劑為解決上述問題提供了技術途徑，

　　二、高性能外加劑的開發

　　總體思路是從外加劑適應性差、初始流動性不足、流動性保持難、收縮開裂這四大方面出發，從外加劑的分子構效關系來解決混凝土高分散、高適應性、快分散、流動性保持、減縮抗裂等問題。

　　1.高分散關鍵技術

　　高減水型聚合物外加劑增大空間位阻效應，改善吸附性提高飽和摻量，有效改善吸附特性，提高飽和吸附量，極限減水提升至50%以上，為低水膠比、超高強混凝土提供了技術支撐。

　　2.高適應性關鍵技術

　　高適應性聚合物外加劑增加優先吸附驅動力，弱化氫鍵作用解決了骨料含泥量高、SO42-含量高條件下混凝土初始流動度不足的難題。

　　3.快分散關鍵技術

　　快分散降粘型聚合物外加劑提高電荷密度主鏈提升初始吸附驅動力，增加多支化長側鏈增加水膜層厚度，降粘型單體降低溶液粘度，解決了低水膠比（W/B=0.18）、大摻量工業廢渣（大于50％）復雜組分混凝土初始分散慢、粘度大的難題。

　　4.流動性保持關鍵技術

　　高溫長時間保坍型外加劑的長側鏈M=2000~5000可以減少早期水化掩埋，通過水解型側鏈快速補充高溫損失，緩釋基團主鏈持續補償長時間損失實現了高溫環境下復雜組分混凝土流動性的多階段調控，中低坍落度保坍型外加劑的親水性網絡交聯技術降低用水量敏感性逐步水解提供保坍，快速水解型聚醚單體快速釋放補充早期損失，滿足了核電、水電混凝土流動性保持的特殊需求。

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　　5.減縮抗裂關鍵技術

　　塑性階段：根據水泥基材料表層單分子膜抑制水分蒸發的作用機理，通過建立了單分子膜結構和抑制水分蒸發性能之間的構效關系，闡明了單分子膜組裝調控機理：膠束破乳，乳化劑協同遷移聚集。

　　減蒸劑的“狹長”乳化劑提高成膜速率和單分子膜致密性，高彈性長側鏈兩親性化合物提高單分子膜的穩定性，有效抑制復雜嚴酷條件下混凝土水分的蒸發。

　　減少大風、鎢燈直射條件下水分蒸發40% ；減少大風條件下水分蒸發75%；表面無開裂；推遲孔隙負壓拐點增長時間 1倍 以上，減少塑性收縮50%以上，有效降低塑性開裂風險；

　　提升表層水泥水化程度15%，混凝土抗滲性降低45%。為極端環境(高溫、低濕和大風）條件下高性能混凝土的塑性開裂和結殼難題提供解決方案

　　硬化階段：理論研究證實了毛細管張力和K+、Na+濃度是影響減縮效果的最關鍵因素；率先提出了基于孔溶液低表面張力和低離子濃度的協同作用減縮機理 ；建立了K+、Na+濃度與收縮變化值之間的量化關系。突破了傳統“毛細管張力” 單一減縮理論的局限，為減縮性能的大幅提升提供理論支撐。

　　減水減縮型聚合物外加劑烷基聚醚側鏈提供分散作用，減縮基團發揮減縮功能，引入極性基團調控界面張力，解決了傳統低分子減縮劑摻量高、降低強度的難題，大幅降低高性能混凝土的自收縮和干燥收縮，為隧道、箱梁等薄壁混凝土結構抗裂提供保障。

　　與低分子減縮劑減水率及抗壓強度對比

　　6.專用聚醚關鍵技術

　　關鍵原材料--專用聚醚大單體：以上五種關鍵技術都依賴于專用聚醚的應用，實現多元多相催化，二元協同增效阻聚 ，高效立體超細霧化 ，改變分子結構，突破了現有技術瓶頸,專用聚醚的自主化制備，為功能型外加劑優良性能的開發奠定了基礎。

　　三、成果轉化及工程應用

　　核電工程：解決了中等坍落度保坍、核島薄壁結構易開裂的技術難題，首次實現核島混凝土外加劑國產化，打破國際壟斷，成果在臺山、田灣、嶺澳、陽江和防城港等核電工程得到成功應用，市場占有率達85% 。

　　高鐵工程：解決了夏季高溫施工流動度損失大、大摻量工業廢渣初始分散慢、粘度大的技術難題，成果在京滬、滬寧、貴廣、武廣等高鐵工程得到成功應用 。

　　橋梁工程：滿足了橋梁工程提出的高減水、高保坍和低粘度的綜合要求，成果在杭州灣跨海大橋、蘇通大橋、港珠澳大橋等大型橋梁工程得到成功應用。

　　水電工程：滿足水電工程低膠材用量常態混凝土坍落度保持和復雜組分混凝土的高效分散及分散保持的要求。成果在三峽大壩、小灣、溪洛渡、錦屏等大型水電工程得到成功應用。

　　制品行業：解決了低膠材、低砂率、高磨細石英砂制品混凝土快速分散、流動度保持及低粘度的技術難題，實現泵送施工，成果在建華管樁、中技樁業進行了示范推廣應用。

　　市政民用：提高了外加劑對民用商混原材料波動的適應性；滿足了商混高溫、長距離運輸對流動度保持的要求。解決西北極端嚴酷條件下200萬m2高性能混凝土塑性開裂和施工難題。

　　海外工程：解決了伯利茲地區夏季溫度高、持續時間長，混凝土坍落度損失大的技術難題；流動性調控技術綜合性能優于國外同類技術。

　　四、結論與展望

　　現代混凝土組分復雜，流動性要求越來越高，初始流動性及流動性保持越來越難，注重硬化前和硬化后的養護，抑制塑性和收縮開裂，混凝土外加劑是解決流動性和開裂的最有效途徑，但選擇高性能的外加劑，并注重應用技術的研究。