1、混凝土行业资源现状：

1.1砂、石资源状况

 随着我国建筑业近30年的快速发展，混凝土材料自然资源消耗巨大。就混凝土行业而言，经数十年的迅速发展后，质量稳定，性能优异，级配合理的河砂资源几近枯竭。

 以年均混凝土的使用量20亿立方米计算，砂、石骨料用量超过34～40亿吨。对砂、石骨料如此巨大的需求，必然导致大量的开山采石，破坏生态环境。

1.2 建筑固废物

我国正处在大规模城镇化建设的阶段，目前的建筑量占世界上的55%以上。副部长仇保兴在第五届国际智能、绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会发布会上表示，中国大规模的建设还会持续30年至35年。

 另一方面，2014年统计数据，建筑废弃物总量达21.5亿吨，占城市垃圾的40%，且每年以10%的速度增长。国内相当比例上世纪建成的老旧建筑物将达使用年限，面临拆除，将会进一步加大建筑废弃物产量。

 若将这些由解体而产生的混凝土作为废弃物进行掩埋处理，则不但占用了大量土地，浪费资源, 甚至会对环境造成新的污染和破坏。

1.3混凝土行业困局与对策

一方面自然资源的日渐枯竭，一方面大量建筑垃圾的快速增长，这是我国混凝土行业面临的困局。

在混凝土中普遍采用人工制砂-山石机制砂和建筑垃圾再生骨料-是必然选择。  

国家对废旧混凝土的再生利用的研究十分重视，已将其列入国家“十五”科技攻关项目。利用建筑垃圾再生混凝土骨料，即解决混凝土骨料资源缺乏难题，同时又提高对自然环境的保护，是实现混凝土行业可持续发展的关键措施。

二、国内外减水剂及使用现状

2.1国内聚萘磺酸盐减水剂与聚羧酸减水剂对比的变化

国内聚羧酸系减水剂产量持续增加，占减水剂总量的比例不断提高。以我司为例聚羧酸减水剂销售额的比例从2012年的30%转换为2015年的70%。

 这里有近两年国内环氧乙烷市场变化给聚羧酸减水剂带来的成本优势，也有聚羧酸技术进步的推动。

2.2 聚羧酸减水剂在国内使用中的挑战

现实国内混凝土原材料与发达国家混凝土原材料的规范性无可比性。随国内混凝土原材料的变化，聚醚类聚羧酸减水剂的性能缺陷将会变得越发明显。

 河砂限采和海砂的禁用已进入国家政策日程。建筑固废骨料、机制砂(山砂)在生产制备中产生大量的粉体(泥)是无法规避的现实。泥(粉）对聚羧酸减水剂的吸附速度高于水泥颗粒对聚羧酸吸附速度100倍，吸附量高20倍以上。聚羧酸减水剂对泥（粉)敏感的缺陷将会表现的更加严重和普遍。是聚羧酸减水剂使用过程中必须解决的问题。

 水泥区域性强一直是聚羧酸减水剂稳定使用的症结之一，同时，现在国家出于环保压力，鼓励水泥行业进行建筑垃圾回收利用，将造成水泥成份的复杂化。这必然成为聚羧酸减水剂使用的又一挑战。

三、外加剂应对策略-功能性聚羧酸减水剂研发

3.1应对当前混凝土原材料的策略-聚羧酸减水剂功能化及协同作用

 在应对国内混凝土原材料变化造成的一系列混凝土性能问题、及保障混凝土技术要求的提高，制备各种功能性的聚羧酸母液、同时利用功能高分子性能1+1>2的协同作用是、可行途径。

3.2聚羧酸减水剂大单体及聚羧酸减水剂的研发-功能化

 国内采用聚醚类大单体生产聚羧酸减水剂工艺后，聚羧酸减水剂技术的进步就更多的依赖了大单体生产商。首先大单体生产商对水泥、混凝土的研究匮乏，致使国内所有大单体生产厂家生产同样化学结构的产品-HPEG、TPEG；新研发能力的聚羧酸减水剂生产商使用同样的大单体制备同质化严重的聚羧酸减水剂；其次，聚醚大单体的双键化学活性差决定了其进行多种功能化设计的局限性。

3.3制备多功能化聚羧酸减水剂的技术关键点：

（1）研发系列功能性大单体。为实现聚羧酸减水剂实现多功能化提供简便工艺方案。

（2）使用功能性大单体及其它功能性单体通过共聚制备功能性聚羧酸减水剂。

（3）功能性大分子协同复配与混凝土知识的有机整合。

四、实验部分

4.1 建筑固废物骨料制备混凝土

4.1.1建筑垃圾再生骨料应用存在的技术层面的本质问题

1）微粉含量高, 与山石机制砂存在的问题类似，尤为甚之。

2）粉体化学成份复杂, 与市场上现有外加剂不适应, 坍落度经时损失大（粉含量高，骨料的空隙结构）、收缩率大（粉含量问题）。根本无法制备合格的商品混凝土, 使其使用受到限制。

机制砂(山砂)、建筑垃圾再生骨料在生产制备中产生大量的粉体(泥)使混凝土愿材带来的含泥（粉）量增高是无法规避的现实。聚羧酸减水剂对泥土敏感的缺陷将会表现的更加严重和普遍。是聚羧酸减水剂使用过程中必须解决的问题

4.1.2 研究的目的和技术关键点

 研究的目的是开发与低品质再生骨料相适应的专用混凝土外加剂，利用再生骨料生产合格的再生混凝土，推动城市建筑固废的回收利用。

 研究内容是合成多种功能性大单体及相应功能的聚羧酸外加剂，采用系列多功能化的聚羧酸减水剂之间进行科学复配, 充分利用功能高分子之间的1+1>>2的功能化协同作用，以应对再生混凝土存在的需水量高、经时损失大、收缩率大等技术难点，达到混凝土的工作性及耐久性要求。

4.1.3实验材料

4.1.3.1混凝土外加剂

 1）HQ-12：功能化耐泥（粉）保塌型减水剂聚羧酸减水剂（广东红墙新材料股份有限公司）

 2）HQ-13：功能化耐泥粉超塑保塌剂（广东红墙新材料股份有限公司）

3）HQ-15：保水型聚羧酸抗收缩剂（广东红墙新材料股份有限公司）

4.1.3.2 混凝土材料

 水泥： 崛荣水泥PO42.5；砂：人工机制砂、中砂；粗骨料：低品质再生骨料（上海建工)

4.1.4 实验

4.1.4.1  低品质再生粗骨料性能检测（GB/T 25177-2010）

图表1， 实验用低品质再生粗骨料的性能指标

4.1.4.2 混凝土外加剂复配

 样1： 常规保塌型聚羧酸减水剂

样2：HQ-12/HQ13/HQ-15 = (75/25)/10

样3：HQ-12/HQ13/HQ-15 = (65/35)/10

4.1.4.3 混凝土实验配合比

 C35再生商品混凝土，配合比详见图表2及图表3.

图表2， 实验C35混凝土配合比

图

图表3，实验C35再生混凝土配合比

4.1.5 实验结果与讨论

4.1.5.1 实验结果（见图表,4）

图表4，混凝土工作性能

4.1.5.2  讨论

1)再生混凝土用水量及水胶比：

本实验中，由于使用了低品质再生粗骨料，含粉量高，孔隙率高，导致其需水量高，为

满足再生混凝土工作性的要求，与正常天然粗骨料相比，需要适当增加拌合水用量，适当提高水胶比，及提高外加剂掺量。用水率比大于1.10。

微小调整水泥与煤灰用量。

 实验结果表明，在此配合比下,再生骨料替代自然石62%，而适当提高拌合水用量，不影响混凝土的强度，如28d强度与普通混凝土相当，达到44MPa。

2) 再生混凝土经时损失：

再生粗骨料较天然粗骨料含粉量高，导致混凝土对外加剂吸附快，混凝土经时损失大。

使用普通保塌型减水剂，使用再生骨料无法制备合格的再生混凝土，无法满足泵送及施工要求。表4样1的实验结果表明，普通保塌型减水剂，对使用天然骨料的普通混凝土，经时损失良好，但对再生骨料混凝土，则混凝土损失过快，很快失去工作性。

 使用本研究的再生骨料专用外加剂制备的再生混凝土，经时损失良好，满足泵送及施工要求，且强度与普通混凝土相当。

3) 再生混凝土抗压强度：

与天然骨料相比，虽然再生骨料由于表面附着较多的水泥砂浆而使其压碎值较高，但

表4的实验结果表明，只要外加剂与再生骨料适应性良好，配制的混凝土工作性良好，混凝土的28d抗压强度与普通混凝土抗压强度相当。

4.1.6小结

1.由于再生骨料吸水率远远高于天然骨料，且含粉量高，所以再生骨料混凝土可适当增加用水量，以满足水泥水化及流动性的需求。为保证混凝土强度发展,适当调整胶材中水泥用量。

2.本论文合成的建筑固废专用外加剂对再生骨料适应性良好，2h混凝土的工作性保持良好，有效地解决了再生混凝土经时损失大的技术难题。调整建筑固废专用耐泥保塌剂的比例，可以调整混凝土的经时工作性能,且混凝土的28天抗压强度不受影响，为建筑固废的回收利用和再生骨料混凝土的生产开辟了一种切实可行的途径。

3.使用本研究的建筑固废专用外加剂，使用未经强化处理的低品质粗骨料生产混凝土，可以制备性能合格的混凝土。

4.2 机制砂配制混凝土

4.2.1 实验材料 ：来自客户

4.2.2 功能性聚羧酸减水剂：广东红墙新材料股份有限公司

4.2.3 应对人工砂的机配和形态造成混凝土和易性问题的功能性聚羧酸减水剂 JSF2

图表5， JSF2应用实例

4.2.4应对人工砂泥（粉）造成混凝土瞬间损失且和易性差的功能性聚羧酸

图表6，JST4的应用实例

4.2.5 相同含泥量下外加剂品种对混凝土性能及强度的影响（含泥量7%）

图表7，抗泥型JBJ的应用实例

HQA：耐泥功能性聚羧酸减水剂-常规聚醚类聚羧酸减水剂PCM复配功能聚羧酸减水剂JBJ

PCM：常规聚醚类聚羧酸减水剂

五、展望

 针对国内混凝土原材料的现实，只有采用功能化减水剂母液进行协同复配-“中医理论”-才可能更好的服务混凝土行业的发展。聚萘磺酸盐减水剂的合成机理（二元缩合）和萘结构的化学活性决定了它没有进一步功能化的空间。国内聚醚大单体醚类的同质化及化学性质使之多功能化空间受到一定限制。作者认为应在以下几个方面加大研究力度，使国内减水剂性能提高到新的水平，为减水剂在混凝土行业的应用做出更大的贡献。

1.研究开发功能性大单体。为更好应对各种混凝土原材料变化；使建筑垃圾回收利用达到发达国家水平；加大功能聚羧酸大单体的研发，使我国聚羧酸减水剂的研发与应用全面达到水平；进而超越，成为水平。

2.与建筑垃圾再生骨料适应性良好的聚羧酸系减水剂。积极配合国家政策，使建筑垃圾再生骨料确实得到应用，实现建筑行业可持续发展。

3.与水泥品牌相对应的聚羧酸系减水剂，形成组合。尤其当水泥中加大混合材用量后，由于无法确保各厂家的化学成份与形态一致，聚羧酸减水剂与区域性水泥的适应性问题必将突出化。这是水泥制造商与减水剂制造商共同面对的问题，只有研发相适应的多种功能性聚羧酸减水剂，才能打开市场通道。

4.人工砂适应性良好的聚羧酸系减水剂。以机制砂为代表的人工砂的使用是必然趋势。机制砂粉体量大，化学成份随矿场不同不同、形态不佳、机配不合理等将给聚羧酸减水剂的使用带来问题，其问题的解决依赖功能化聚羧酸减水剂母液之间的合理复配。