【混凝土科技奖】水化热抑制剂的研发与应用研究

2021年度中国混凝土与水泥制品协会混凝土科学技术奖已经启动，欢迎业内企事业单位及从业人员，持续关注协会官方公众号【混凝土科技奖】的相关信息。

2020年度中国混凝土与水泥制品协会

混凝土科学技术奖•科技进步类

获奖项目展示

2020年度中国混凝土与水泥制品协会混凝土科学技术奖工作于2020年6月启动，至12月圆满完成。报名期间共收到有效申报项目61项。经过专家评审委员会的初评及终评，共计39个项目获奖，包括一等奖2项、二等奖15项、三等奖22项，其中“科技进步类”13项、“基础理论类”2项、“技术革新类”24项。

三等奖项目：水化热抑制剂的研发与应用研究

主要完成单位：武汉三源特种建材有限责任公司

主要完成人：刘虎、张盛林、陈作獾

项目概况

国内外学者对混凝土结构裂缝进行调查分析发现，混凝土结构中由非荷载引起的“非荷载裂缝”约占裂缝总数的80%，其中混凝土的收缩裂缝又在“非荷载裂缝”中占大部分。收缩裂缝主要是由于混凝土收缩变形受到约束引起的，温度变化是导致混凝土收缩变形是其主要因素之一。

水泥水化热是混凝土早期温度变化的主要原因。混凝土的导热能力很低，混凝土早期水化放出的热量聚集在混凝土内部不易散失。在升温阶段，1～2d内部温度急剧升高，有时温升高达50℃以上；在降温阶段，混凝土内部温度降到环境温度，产生较大的收缩应力。当收缩应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土表面会产生裂缝。为了保证混凝土工程的质量，除在施工时采取适当的降热措施外，还须对所用水泥的水化热进行调控。

针对混凝土温度裂缝问题以及降低水化温升的工程需求，项目完成单位进行了水化热抑制剂及相关产品技术的研发。本项目研发的水化热抑制剂广泛应用于混凝土结构，其抑制初始温升的性能良好，在建筑行业领域有着良好的应用前景。该材料在水泥碱性溶液中不断溶解-吸附于水泥颗粒表面，待水泥中C3A反应完成后，明显抑制水泥颗粒中C3S的1～2d的水化速率，有效调控水泥加速期的水化历程，避免了集中放热，并降低早期放热速率，从而降低混凝土内部温升、内外温差，防控混凝土早期温度裂缝的产生，进而降低混凝土开裂风险。

水泥7d水化热曲线

水化热抑制剂对混凝土绝热温升的影响

主要创新点

1.开发了一种新型混凝土外加剂——水化热抑制剂

可有效降低混凝土内部温升，减少混凝土早期温度裂缝数量，提高混凝土中后期强度，起到良好的温控抗裂效果。

2.形成了水化热抑制剂试配指南

对工程应用数据进行总结，规范水化热抑制剂的应用方式。

3.发明了一种水泥砂浆水化热温升测量装置

该装置包括温度采集仪、保温盒和测温线，可以避免因小体积水泥砂浆热量散失比较多温升曲线不明显，使得实验数据差异性大的问题，利于试验数据的分析。使用该装置直接对水泥砂浆水化热温度进行测量，测试时间短，数据结论对混凝土试验具有指导意义。装置结构简单，操作方便，对人力、原材料需求少，很适合试验室试验配方多、结果快速出具的需求。

应用效果

水化热抑制剂应用于水泥混凝土中，可在不改变混凝土原材料及施工工艺的情况下，减小开裂几率，延长工程服役寿命，是水泥混凝土行业可持续发展的重要技术路线，该产品的稳步发展有助于带动工程科学技术领域、建筑材料行业、环境保护等的发展和进步。

与传统的有机类型外加剂相比，水化热抑制剂是绿色环保型无机类产品，提升混凝土安全性能且无任何负面效应，可减低或消除建筑工程对周围环境及生态系统的负面影响，适用于各类易出现温度裂缝的结构，尤其适用于所处环境温差大、腐蚀环境复杂，对混凝土抗裂要求严格的工程，应用前景广阔。该产品已在我国电建、水利、交通、工民建、核电军工等领域的多个工程进行应用，诸多工程应用表明，水化热抑制剂能够有效降低混凝土内部温升，减少混凝土早期裂缝数量。