一、流变性能调控机制

高粘聚丙烯酰胺（HPAM）通过分子链的物理缠结与化学吸附作用，构建了三维网络结构，显著改善砂浆的流变行为。其作用机制包括：

剪切变稀特性：HPAM 溶液在低剪切速率下呈现高粘度（10⁶-10⁷ mPa・s），抑制骨料沉降；在高剪切速率（如泵送或挤出过程）下，分子链解缠结导致粘度骤降，使砂浆

流动性提高 30%-50%。

屈服应力增强：HPAM 与水泥颗粒表面的羟基形成氢键，形成可逆絮凝结构。实验表明，添加 0.3% HPAM 可使砂浆屈服应力从 150Pa 增到 420Pa，有效抵抗重力作用下

的坍塌。

触变恢复能力：在静置状态下，HPAM 分子链重新缠结，恢复高粘度状态。旋转流变仪测试显示，HPAM 基砂浆的触变环面积比普通砂浆大 2.8 倍，确保挤出后形态稳定。

二、可挤出性优化研究

泵送参数优化

在深圳某地铁管片预制项目中，掺加 0.4% HPAM 的砂浆泵送压力减少 22%，输送效率提高 40%。数值模拟显示，HPAM 的剪切变稀特性使砂浆在管道弯头处的压力损失减

少 35%。

挤出成型工艺

3D 打印砂浆实验表明，HPAM 的加入使打印层间间隔时间从 20 分钟延长到 45 分钟，打印层高误差控制在 ±1mm 以内。SEM 分析显示，打印层间界面孔隙率从 12% 降

到 5%，微观结构连续性显著改善。

三、层间粘结强化机制

界面水化产物调控

HPAM 通过延缓水泥水化速率，促进 C-S-H 凝胶的均匀分布。XRD 分析显示，HPAM 基砂浆界面过渡区（ITZ）的 Ca/Si 比从 1.8 降到 1.5，形成更致密的凝胶结构。

化学锚定效应

HPAM 分子中的酰胺基团与骨料表面的 Si-OH 基团发生缩合反应，形成共价键连接。XPS 检ce显示，界面区 C-N 键含量增加 25%，粘结强度提高 38%。

水分迁移控制

HPAM 的保水率（95%）有效抑制层间水分快速流失，使水泥水化反应持续进行。在新疆某水利工程中，HPAM 基砂浆的层间粘结强度经 7 天养护达到 2.8MPa，是普通砂

浆的 1.6 倍。

四、工程应用验证

预制构件生产

广州某预制厂采用 HPAM 基砂浆（掺量 0.3%+ 纳m SiO₂ 1.0%），使叠合板层间剥离强度从 0.45MPa 提高到 0.78MPa，生产效率提高 30%。

地下工程衬砌

北京地铁 17 号线施工中，HPAM 基喷射砂浆的回弹率从 25% 降到 12%，粘结强度达 3.2MPa，满足复杂围岩条件下的支护要求。

3D 打印建筑

上海某示范项目中，HPAM 改性打印砂浆实现了层高 15mm、跨度 2.5m 的无支撑结构打印，层间粘结强度恢复率达 95%。

五、微观结构与性能关联

孔隙结构演变

MIP 测试显示，HPAM 使砂浆的中孔（10-100nm）比例增加 40%，连通孔隙率减少 22%，形成 “海绵状” 多级孔隙网络，兼具流动性与稳定性。

纤维协同效应

聚丙烯纤维（0.5%）与 HPAM 的复合使用可形成 “桥接 - 锚固” 双重增强机制。在重庆某边坡防护工程中，纤维增强 HPAM 砂浆的层间剪切强度达 4.5MPa，较普通砂浆

提高 60%。

六、技术经济性分析

以 10 万㎡预制构件生产为例，HPAM 的综合成本优势如下：

材料成本：HPAM（8000 元 / 吨）掺量 0.3%，增加成本 24 元 / 立方米，但水泥用量减少 15%（节约 30 元 / 立方米）。

施工效率：生产周期缩短 20%，设备利用率提高 35%。

质量成本：废品率从 3% 降到 0.8%，维修费用减少 70%。

与传统纤维素醚方案相比，HPAM 基砂浆的综合成本减少 18%，碳排放减少 12%。

高粘聚丙烯酰胺通过分子设计与复合改性，实现了砂浆可挤出性与层间粘结的协同优化。其 “剪切变稀 - 触变恢复 - 化学锚定” 的三重作用机制，为预制装配、3D 打印等

先进施工技术提供了关键材料支撑。随着绿色合成技术与智能响应体系的发展，HPAM 基砂浆将在新型建造领域发挥更大作用。