水下不分散混凝土研究现状论文

摘要：水下不分散混凝土施工工艺简单，施工质量比较容易得到保证。本文对水下不分散混凝土进行了介绍，强调了水下不分散混凝土搅拌的技术要求，对水下不分散混凝土与普通混凝土的特点进行了对比，进一步论述了了水下不分散混凝土的施工方法，提出了水下不分散混凝土浇灌时的注意事项以及水下不分散混凝土的质量检验。关键词：水下混凝土施工对比应用一、引言二00七年七月，我应邀参加了丹东市沿江开发区的护岸工程的建设工作，在其所承担的工程中大部分基础工程处于水下，混凝土的浇筑质量难以得到保证，工程造价造价也偏高。经研究决定采用水下不分散混凝土施工工艺，这种工艺施工简单，施工质量比较容易得到保证，造价大大降低。二、水下不分散混凝土简介1.水下不分教混凝土它不用隔断水与混凝土，在混凝土中掺入絮凝剂后而直接水中施工。絮凝剂的主要成分是纤维素或丙烯系列的水溶性高分子物质，有粘稠作用，即使在水中自由落下，也很少出现水洗作用引起的材料分散现象。2.水下不分散混凝土的搅拌每次搅拌水下不分散混凝土都必须准确计量各种材料，絮凝剂的用量更应严格计量。要制得均匀的水下不分散混凝土，就得按适当的方法和一定顺序投入各种材料，搅拌至均匀状态。如果材料投入方法和顺序不当，或者搅拌机性能不好，搅拌不充分，都会造成水下不分散混凝土分布不均匀，达不到要求。所以一般采用强制式搅拌机进行搅拌，搅拌时间须保证3分钟以上。只有这样才能使水下不分散混凝土具有良好的性能。3.水下不分散混凝土与普通混凝土的对比水下不分散混凝土与普通混凝土相比具有五个特点：(1)抗分散性，即使受到水洗作用，水泥与骨料仍难以分散；(2)粘稠，富于塑性，具有优良的自流平性及填充性；(3)很少产生泌水或泛浆；(4)凝结性，采用纤维素系列絮凝剂的混凝土缓凝，采用丙烯系列絮凝剂的混凝土其凝结时间不变；(5)混凝土泵送阻力增大。三、水下不分散混凝土的施工方法水下不分散混凝土可在水下任意施工，可在水中自落施工、自行流平、自动密实，同时对施工水域很少污染，可用于一切水下工程，特别适用于一般混凝土无法施工的水下工程，如护岸、水下构筑物的防腐、海堤、桥梁等抢险救灾工程以及禁止污染水质的水下混凝土工程，及水下大面积无施工缝工程和必须水中自落浇灌的抛石灌浆工程。采用水下混凝土不仅受水冲刷材料不分散，而且能在水下形成优质、均匀的混凝土，施工方法简单，能缩短工期。施工中常用的浇灌方法如下：1.导管法：混凝土导管必须不透水，并且有能使混凝土顺滑流下的管径尺寸，在浇灌中必须使导管始终充满混凝土，混凝土导管系统由混凝土的装料漏斗及混凝土下流的导管构成。2.泵压法：混凝土泵的输送管必须不透水且在浇灌中始终充满混凝土。采用该方法法可以将混凝土输送管直接敷设在水中，从陆地或水上的混凝土泵将混凝土直接压送浇注。应注意，当混凝土泵开始工作时，如输送管内有水，即使少量的水也会降低混凝土的质量。防止这种情况发生的具体方法如下：A.在泵送混凝土之前，一般在输送管内先泵送水下不分散砂浆；B.在泵管内投入海棉球；C.在泵管的出口处先安装活门，在输送管没入水之前，先在水面以上将管内充满混凝土，关上活门再沉放到即定位置。3.开底容器法：开底容器必须装有在浇注混凝土时易于开启的底，浇注的时候将容器轻放水下，待混凝土排出后，将该容器缓缓地提出，开底容器在不妨碍施工的情况下，宜尽量采用大容量的容器，底的形状以水下不分散混凝土能顺利流出为佳，一般多采用锥形底，方形或圆柱形的料罐。4.其它方法：在保证施工质量，减轻浇注部位周围水质污染同时，也可采用混凝土搅拌车或搅拌船的输送带进行直接浇注等。四、在水下不分散混凝土浇灌时的注意事项1.混凝土在水中自由落下时，须对水中自由落差进行严格的管理，如管理不严就会造成混凝土质量的下降及出现水质污染。2.对浇灌中的混凝土流动面的形状，混凝土的扩展状态及填充状态进行检查。3.检查浇灌完的混凝土上表面是否平坦，并且各个角度是否确实浇灌到设计尺寸位置。4.为检查混凝土是否按照计划进行浇注，在浇完后须及时对混凝土浇灌量进行复查。五、水下不分散混凝土的实地应用1.工程概况沿江开发区的口岸贸易区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的护岸需要改造。现已进行施工，护岸施工大都在海拔0.50至1.00m左右。基础部分全在水下，工期紧，施工难度大，如果用传统的施工工艺，不仅造价极高，而且不能按期完工。经研究及考察后决定采用水下不分散混凝土工艺。根据资料及现场实地堪测。鸭绿江水流速为0.3—0.5m/s，混凝土流失有限，不影响施工质量，对江水无污染。2.施工条件及方法先打0.8至1.2m高小围堰，施工过程中要求挖好一段，施工一段，防止潮水作用引起稀泥回流。施工处基础深1.5m左右，淤泥深70cm以上。采用强制式混凝土搅拌机，干拌时间不少于一分钟，湿拌时间三分钟以上。浇灌的方法采用导管法，在深水施工时(水深50cm以上)，导管应插入水中，使导管底部和浇注面高差不大于50cm，导管在脚手架上随时移动。由导管下落的不分散混凝土在工作面自然流平。漏斗的移动距离要根据水下不分散混凝土的塌落度来决定，用导管法浇注，混凝土塌落度应控制在18至20cm，混凝土流动范围可达1.5m左右，漏斗移动不大于1.5m。水深小于0.5m时，可采用溜槽法直接浇灌混凝土。3.水下不分散混凝土的质量检验(1)塌落度的测定同普通混凝土的测定方法；(2)试块的制作：将试模置于0.5m深水的容器中，尺寸为150×150毫米，将拌好的水下不分散混凝土分成几份，从水面缓埋倒入试模中，投入前后保持水深0.5m。工程结束后，经技术经济指标分析：对沿江开发区口岸贸易区二百米护岸来说，工期提前十五天，每延长米造价节省三千二百元，共节省资金六十四万元，产生了巨大的经济效益。这种施工工艺在沿江开发区口岸贸易区的后期工程中得到广泛采用，是一项值得在所有水下工程中广泛应用的有经济价值的工艺。

聚羧酸高性能减水剂的制备、性能与应用1、聚羧酸高性能减水剂的现状 混凝土技术发展离不开化学外加剂,如泵送混凝土、自流平混凝土、水下不分散混凝土、喷射混凝土、聚合物混凝土、高强高性能混凝土等新材料的发展,高效减水剂都起到了关键作用。高效减水剂又称超塑化剂,用于混凝土拌合物中,主要起三个不同的作用[1]: ①在不改变混凝土强度的条件下,改善混凝土工作性; ②在给定工作性条件下,减少水灰比,提高混凝土的强度和耐久性; ③在保证混凝土浇注性能和强度的条件下,减少水和水泥用量, 减少徐变、干缩、水泥水化热等引起的混凝土初始缺陷的因素。 萘系高效减水剂的应用大约有20多年历史,是目前工程应用中的主要高效减水剂品种。研究表明，聚羧酸系高效减水剂是比萘系性能更好的新型减水剂，在相同用量下，聚羧酸系减水剂能获得更好的减水率和塌落度保持能力[2-5]。日本是研究和应用聚羧酸系减水剂最多也是最成功的国家,1998年以后聚羧酸系减水剂在日本的使用量超过了萘系减水剂[5]。近年来,北美和欧洲的一些研究者的论文中,也有许多关于研究开发具有优越性能的聚羧酸系的报道,研究重点也从磺酸系超塑化剂改性逐渐移向对聚羧酸系的研究。日本和欧美一些国家的学者发表的有关聚羧酸系减水剂的研究论文呈现大量增多趋势,大多数正在开发研究聚羧酸类减水剂,方向主要偏重于开发聚羧酸系减水剂及研究有关的新拌混凝土工作性能和硬化混凝土的力学性能及工程使用技术等。国内聚羧酸系减水剂几乎都未达到实用化阶段。合成聚羧酸系减水剂可供选择的原材料也极为有限,从减水剂原材料选择到生产工艺、降低成本、提高性能等许多方面都需要系统研究[4]。2、聚羧酸高性能减水剂的性能及作用机理聚羧酸高性能减水剂与其它高效减水剂相比，有许多突出的性能[6]： 低掺量（0.2%--0.5%）而发挥高的分散性能； 保坍性好，90分钟内坍落度基本无损失； 在相同流动度下比较时，延缓凝结时间较少； 分子结构上自由度大，外加剂制造上可控制的参数多，高性能化的潜力大； 由于合成中不使用甲醛，因而对环境不造成污染； 与水泥相容性好； 可用更多地利用矿渣或粉煤灰等混合材，从而整体上降低混凝土的成本。 聚羧酸系列高效减水剂的作用机理，国内这方面的研究较少[7]。从聚羧酸系高效减水剂的红外谱图可见[8]，有羧基、酯基、醚键,它们的波数分别是3433cm-1,1721cm-1,1110cm-1。 由于分子中同时有羧基和酯基，使其既可以亲水，又具有一定的疏水性，由于聚羧酸系列具有羧基,同萘系减水剂一样,DLVO[5]理论仍适用。羧基负离子的静电斥力对水泥粒子的分散有贡献。同样,相对分子质量的大小与羧基的含量对水泥粒子的分散效果有很大的影响。由于主链分子的疏水性和侧链的亲水性以及侧基—(OCH2CH2)—的存在,也提供了一定的立体稳定作用,即水泥粒子的表面被一种嵌段或接枝共聚物所稳定,以防发生无规则凝聚，从而有助于水泥粒子的分散。它的稳定机理是所谓的‘空间稳定理论’[9],‘空间稳定理论’是指由聚合物(减水剂)分子之间因占有空间或构象所引起的相互作用而产生的稳定能力,这种稳定作用同一般的静电稳定作用的差别在于:它不存在长程的排斥作用,而只有当聚合物构成的保护层外缘发生物理接触时,粒子之间才产生排斥力,导致粒子自动弹开,文献给出了两种不同厚度保护层的热能、距离曲线[16]，如图2，3。 在介质中,聚合物的溶解热通常大于零,因此从焓的角度看,由粒子相互靠近造成的局部分散剂浓度上升是有利的,但是,这同时又引起了熵的减小,而体系中后者往往是占主要地位的,于是,立体稳定作用主要取决于体系的熵变,因而,也有人称之为‘熵稳定作用’。 从文献[16]的2种不同厚度保护层的势能 距离曲线可以看到,分散体系中任意2个粒子之间总的相互作用能VT,是由2部分构成的,一部分是范德华吸引位能VA,另一部分是立体作用位能VS,于是有: VT=VA+VS. 当2个粒子的分散剂层外缘发生物理接触,也就是2个粒子间的距离h小于分散剂层厚度δ的2倍,即h<2δ时,由于体积效应及界面层中的溶剂分子受到‘排斥’,就会导致溶解链段的构象扰动,从而使局部的自由能上升,这时,VS可以用下式表达: VS=2πakTV2τ22(0.5-x)Smix+2πakTτ2Se1, 式中,a为粒子半径,V2为溶解链段的摩尔体积,τ2为粒子表面上单位面积分散剂链的数目,x为Flory溶液理论中聚合物/溶剂的相互作用参数,Smix和Sel分别是由粒子表面链段浓度分布所决定的函数。上式中前一项是溶剂渗透产生的混合项,后一项是由于粒子受到压缩产生的弹性项。实际上,混合项总是远远大于弹性项,而且,当混合项趋近于零时,往往导致体系不稳定,发生凝聚。混合项为零的条件是:溶解链段与分散介质构成θ溶液,此时,x=0.5.所以,实际应用中,应选择合适的聚合物,使介质大大优于θ溶剂。由上式的混合项中还可以看出,粒子表面覆盖的溶解链越多,即τ2越大,体系越稳定,因此,减水剂中的溶解链段最好是牢牢地固定在粒子表面。当然,最好的方法是将减水剂做成接枝或嵌段共聚物,使其中的锚系链段不溶于介质,且与水泥粒子有良好的相容和结合,这样,即能保证体系有足够的稳定性而又不至于产生凝聚。同时,—(OCH2CH2)—中的氧 原子可以和水分子形成强的氢键,形成立体保护膜,据估计也具有高分散性和分散稳定性。以上分析表明,可以通过调节—COO-的量和带—(OCH2CH2)—的 酯的量,以及—(OCH2CH2)—中m的数目来调节相对分子质量,而取得良好的分散效果。 另外，温度，环境，PH值，离子等，都对聚羧酸高性能减水剂的性能有影响，文献[10]对此进行了详细研究。3、聚羧酸高效减水剂的制备 根据减水剂的作用机理，通过调节酸和酯的比例，可以调节分子的亲水亲油值(HLB)，从分子设计的角度，来合成新型的聚羧酸高效减水剂。高性能减水剂的分子结构设计趋向是在分子主链或侧链上引入强极性基团羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等,使分子具有梳形结构。通过极性基与非极性基比例调节引气性,一般非极性基比例不超过30%;通过调节聚合物分子量增大减水性、质量稳定性;调节侧链分子量,增加立体位阻作用而提高分散性保持性能。从文献看目前合成聚羧酸系减水剂所选的单体主要有四种:(1) 不饱和酸———马来酸酐、马来酸和丙烯酸、甲基丙烯酸;(2) 聚链烯基物质———聚链烯基烃及其含不同官能团的衍生物;(3) 聚苯乙烯磺酸盐或酯;(4) (甲基)丙烯酸盐、酯或酰胺等。 常见的合成方法：(1) 首先,合成所需结构的单体的物质———反应性活性聚合物单体,如用壬基酚或月桂醇和烯丙醇缩水甘油醚反应制备烯丙基壬基酚或聚氧乙烯醚羧酸盐,或用环氧乙烷、聚乙二醇等合成聚链烯基物质———聚链烯基烃、醚、醇、磺酸,或合成聚苯乙烯磺酸盐、酯类物质;第二步,在油溶剂或水溶液体系引入具有负电荷的羧基、磺酸基和对水有良好亲和作用的聚合物侧链,反应最终获得所需性能的产品。实际的聚羧酸系减水剂可以是二元、三元或四元共聚物[11]。(2) 原料:丙烯酸,甲基丙烯酸,马来酸酐,衣康酸,丙烯酸羟基酯,甲基丙烯酸羟基酯,乙烯基磺酸钠,丙烯基磺酸钠,2- 丙烯酰胺 2- 甲基丙基磺酸钠(AMPS),单羟基聚乙二醇醚(PEG 600,PEG 1000,PEG 1500),过硫酸钠,过硫酸铵,双氧水等，以上原料均为市售的工业级化工产品。合成方法:按照分子设计的要求配合各种单体的比例,分步加入反应瓶中,同时加入分子量调节剂和溶剂,用氮气置换反应瓶内的空气,并在氮气保护下升温到75～90℃,同时滴加含有引发剂的溶液和其它共聚单体组分1～2h,搅拌下进行聚合反应6～8h.聚合完成后得到粘稠状共聚羧酸溶液.用稀碱溶液调整pH值到中性,并调配溶液含固量在30%左右[12，13]。(3) 聚羧酸系减水剂的分子结构呈梳型,侧链也带有亲水性的活性基团,并且链较长,数量多。根据这种原理选择了三种不同的单体,不饱和酸为马来酸酐,链烃基物质为乙烯基磺酸盐,非离子单体选的是丙烯酸甲酯,以上原料经过必要的纯化手段,引发剂为K2SO4。共聚物合成在装有温度计,滴液漏斗,回流冷凝管的四颈烧瓶中加入蒸馏水,开动搅拌器开始加热,在回流条件下,按配方混合单体加入滴液漏斗中,反应4小时,得到产品,测净浆流动度。影响共聚反应的主要因素有乙烯基磺酸盐、丙烯酸甲酯、马来酸酐及引发剂K2SO4用量[14]。(4) 原料：顺丁烯二酸酐,酰胺类单体,过硫酸铵, 30%过氧化氢,氢氧化钠,化学纯。合成方法：本合成为自由基共聚合反应,采用过硫酸铵 30%双氧水复合引发体系,水溶液聚合法,在102～110℃反应约8小时,产品为浅黄色透明溶液[15]。4、结论 系统研究新型高性能减水剂仍存在很多困难,但研究新型高性能减水剂仍具有重要的理论意义和实用价值。对聚羧酸系减水剂的合成、作用机理和应用等方面的研究都存在一些尚待进一步深入的问题:第一,由于减水剂大多数在水体系中合成,难以了解不同单体间复杂的相互作用;第二,表征对减水剂分子的方法存在局限性,尚不能清楚解释减水剂化学结构与性能的关系,缺乏从微结构方面的研究;第三,虽然聚羧酸系减水剂与水泥的相容性比其它种类减水剂更好,但在混凝土流动性方面,当水泥和外加剂共同使用时,往往发生混凝土塌落度损失太快及快硬等现象,仍存在水泥和化学外加剂相容性问题,还未完全搞清减水剂是怎样工作的;第四,在使用高性能减水剂的混凝土中,当单位水量减少,塌落度增大时,常常发生混凝土粘性太大、出现离析泌水现象等问题。 高性能减水剂的研究已成为混凝土材料科学中的一个重要分支,并推动着整个混凝土材料从低技术向高技术发展。研究聚羧酸系减水剂将更多地从混凝土的强度、工作性、耐久性、价格等方面综合考虑。接枝共聚的聚羧酸类减水剂则主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚,将带活性基团的侧链接枝到聚合物的主链上,使其同时具有高效减水、控制塌落度损失和抗收缩、不影响水泥的凝结硬化等作用。展望未来,每一项混凝土技术的特殊要求都需要开发最优的外加剂,每一系列有很多不同的化学组成。随着合成与表征聚合物减水剂及其化学结构与性能关系的研究不断深入,聚羧酸系减水剂将进一步朝高性能多功能化、生态化、国际标准化的方向发展。聚羧酸系减水剂能获得更好的减水率和更小的塌落度损失，特别是在制备高流动性和低水灰比的混凝土方面具有其它传统的高效减水剂无可比拟的优点，聚羧酸系减水剂将是21世纪减水剂系列中的主要品种。

行业主要上市公司：旭建新材(430485)、丰众建科(871465)、索纳塔(839089)、鑫力新材(873146)等

本文核心数据：加气混凝土砌块产量、加气混凝土砌块产值、加气混凝土砌块前景预测

加气混凝土砌块产量持续增长

加气混凝土砌块是以硅质材料(如石英砂、粉煤灰、高炉矿渣、铁尾矿等)和钙质材料(如水泥、石灰等)为原材料，加入适量的 发气剂，经磨细配料、混合搅拌、浇注发泡、配体静停、切割和压蒸养护等工序加工制成，是一种轻质多孔、保温隔热、防火性能良好、可钉、可锯、可刨和具有一定抗震能力的新型建筑材料。

1958年，原建工部建筑科学研究院开始研究，1962年起建筑科学研究院与北京有关单位研究并试制了加气混凝土制品，并很快在北京矽酸盐厂(现北京轻质材料厂)和贵阳灰砂砖厂进行工业性试验获得成功。1965年引进瑞典西波列克斯公司专利技术和全套装备，在北京建成我国家加气混凝土厂——北京加气混凝土厂，标志着我国加气混凝土进入工业化生产时代。到“十二五”、“十三五”期间，我国加气混凝土工业得到快速发展，生产规模日益扩大，技术装备和产品档次有了较快提升，品种和质量有了较大的提高。

据统计，随着国内企业开始引入国外先进设备以及自主研发新设备进程的加快，国内加气混凝土砌块行业面临着产能过剩压力持续增大。2017年，我国加气混凝土砌块行业实际产量约1.25亿立方米;2020年，产量增长至1.9亿立方米，同比增长18.75%。

行业产值近五百亿元

据中国加气混凝土协会数据显示，2019年，中国加气混凝土砌块行业产值约为460亿元。2020年，中国加气混凝土砌块行业产值约为480亿元。

政策助力行业发展

从近几年的政策砌块来看，在绿色建筑的推动下，环保节能型产品逐渐成为主流。加气混凝土砌块凭借其优秀的属性成为绿色建筑材料之一，将应用到各种装配式建筑、绿色建筑中。在政策的引导下，未来加气混凝土砌块将迎来广阔的市场。

行业产值有望突破千亿

2021年是国家“十四五”规划的开局之年，以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局将逐渐建立。在当前碳中和、碳达峰的大背景下，绿色建筑、绿色建材和装配式建筑的发展需求愈发强烈，这为加气混凝土砌块行业发展提供了机遇。根据2020年加气混凝土砌块行业的产值4.35%的增长速率来看，未来加气混凝土行业的增长在政策市场的利好推动下将进一步增速，有望达到10%以上的增长速率。到2026年，中国加气混凝土砌块行业市场规模有望突破千亿。

以上数据参考前瞻产业研究院《中国加气混凝土砌块行业市场前景预测与投资战略规划分析报告》。