我國(guó)外加劑現(xiàn)狀 JM - PCA( I) 砼超塑化劑介紹

 

　　砼減水劑的應(yīng)用最初是從利用工業(yè)廢料開始的，如木質(zhì)素磺酸鹽、糖鈣等普通減水劑。1962 年日本花王石堿公司服部健一等人首先研制成功β- 萘磺酸甲醛縮合物高效減水劑（商品名Mighty） ，引起了國(guó)際建筑行業(yè)的重視，1964 年聯(lián)邦德國(guó)成功研制了以陰離子型水溶性聚合物（ 即三聚氰胺甲醛樹脂， 商品名Melment） 高效減水劑，標(biāo)志著砼技術(shù)由干硬性或塑性時(shí)代進(jìn)入高流動(dòng)性時(shí)代，砼超塑化劑的廣泛應(yīng)用取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，促進(jìn)了砼發(fā)展史上第三次重大技術(shù)突破。目前普遍使用超塑化劑主要種類有：

 

　　①  萘磺酸鹽甲醛縮合物（FDN） ，

　?、?nbsp; 多環(huán)芳烴磺酸鹽甲醛縮合物，

　?、?nbsp; 三聚氰胺甲醛縮合物（SMF） ，

　　④  氨基磺酸鹽減水劑（AS） ，

　?、?nbsp; 脂肪族羥基磺酸鹽減水劑，

　　⑥  羧酸類接枝共聚物類。

 

　　其中前5 類都屬于傳統(tǒng)的磺酸鹽系超塑化劑，基本上都是利用增加 δ 電位來(lái)提高其分散性，第6 類是目前最新型的一類超塑化劑，主要利用空間位阻效應(yīng)提供良好的分散性能，是目前世界建筑業(yè)的研究熱點(diǎn)。

 

　　國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐證明，應(yīng)用化學(xué)外加劑尤其是超塑化劑是砼技術(shù)進(jìn)步的主要途徑，已成為配制砼必不可少的第五組份材料，挪威、日本和澳大利亞等國(guó)100 %砼都摻加外加劑，美國(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)50 %～80 %的砼中使用外加劑，我國(guó)外加劑的研究發(fā)展緩慢，到七十年代才被重視。

 

　　目前我國(guó)水泥的年產(chǎn)量已突破9 億t ，但摻外加劑的砼不足30 % ，按照發(fā)達(dá)國(guó)家外加劑的發(fā)展軌跡看，我國(guó)砼外加劑市場(chǎng)是十分巨大的。據(jù)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)目前市場(chǎng)上高效減水劑萘系占83 % ，氨基磺酸系占10 % ， 而聚羧酸僅占1.7 % ，而傳統(tǒng)萘系減水劑優(yōu)于性能的缺陷也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程應(yīng)用的需要。

 

 

　　傳統(tǒng)超塑化劑主要是以靜電排斥理論（DLVO） 為基礎(chǔ)，通過(guò)提高水泥顆粒表面的 δ 電位來(lái)提高其分散性能的外加劑。這類縮聚型外加劑雖然具有良好的分散性，但坍落度經(jīng)時(shí)變化大，一般通過(guò)多次添加法、后摻法、與緩凝劑復(fù)合使用法來(lái)加以解決，但由于操作上的復(fù)雜性，引起砼性能和質(zhì)量的不穩(wěn)定；而且這種類型的超塑化劑大多采用強(qiáng)刺激性味的甲醛為原料進(jìn)行縮聚反應(yīng)，磺化過(guò)程一般都采用強(qiáng)腐蝕性的發(fā)煙硫酸或濃硫酸進(jìn)行，不利于可持續(xù)發(fā)展。目前歐洲國(guó)家已經(jīng)明確禁止生產(chǎn)這類外加劑，甚至在很多場(chǎng)合已經(jīng)不再允許使用含甲醛的外加劑。此外由于受分子結(jié)構(gòu)本身和機(jī)理方面的制約，坍損問(wèn)題無(wú)法從根本上解決，性能也不可能有很大的提高。

 

　　綜上所述，傳統(tǒng)的磺酸鹽系超塑化劑主要存在如下問(wèn)題：

　　①　砼坍落度經(jīng)時(shí)損失大；

　　②　生產(chǎn)過(guò)程不利于環(huán)保；

　　③　由于受到作用機(jī)理方面的限制，性能不可能有大的提高。

　?、堋∶谒蚀?、增大砼的收縮；

　?、荨∷噙m應(yīng)性差，減水率偏低。

 

 

　　傳統(tǒng)的磺化芳香族聚合物減水劑由于無(wú)法從根本上解決坍損問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題，于是研究者們把目光轉(zhuǎn)向了羧酸類聚合物———稱之為第三代新型聚合物減水劑，并取得了很大的成果。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，聚羧酸類超塑化劑與其它超塑化劑相比，主要具有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：

 

　?、?nbsp;  低摻量（0. 2～0.5 %） 而發(fā)揮高的分散性能；

　?、?nbsp;  流動(dòng)性保持能力強(qiáng)，90min 內(nèi)坍落度基本無(wú)損失；

　?、?nbsp;  分子結(jié)構(gòu)上自由度大，外加劑制造技術(shù)上可控制的參數(shù)多，高性能化的潛力大；

　?、?nbsp;  由于在合成中不使用強(qiáng)刺激性物質(zhì)甲醛和濃硫酸，因而對(duì)環(huán)境不造成任何污染：

　?、荨】梢源蠓忍岣叩V物摻合料在砼中的摻量。

 

　　日本是研究和應(yīng)用羧酸系接枝共聚物最多也是最成功的國(guó)家，外加劑的研究基本上轉(zhuǎn)向了研究聚羧酸系，至1998 年底日本聚羧酸系已占所有高性能AE 減水劑產(chǎn)品總數(shù)的60 %以上。北美和歐洲各國(guó)則著眼于聚羧酸系的優(yōu)越性能，近幾年的研究重心也逐步向聚羧酸系轉(zhuǎn)移———主要是商業(yè)化開發(fā)和推廣，而國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、北京大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、華中科技大學(xué)、山東建材學(xué)院、江蘇省建筑科學(xué)研究院、上海市建筑科學(xué)研究院以及北京市建筑材料科學(xué)研究院等都在進(jìn)行研究，但真正進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的目前只有江蘇省建筑科學(xué)研究院和上海市建筑科學(xué)研究院。

 

 

　　聚羧酸外加劑與傳統(tǒng)萘系外加劑生產(chǎn)工藝流程比較如圖3 - 1 和圖3 - 2 所示，傳統(tǒng)萘系減水劑采用有刺激性味的甲醛為原料進(jìn)行縮聚反應(yīng)，磺化過(guò)程一般都采用強(qiáng)腐蝕性的發(fā)煙硫酸或濃硫酸進(jìn)行，這不可避免會(huì)對(duì)生產(chǎn)工人和周圍環(huán)境造成不利影響，并且還會(huì)產(chǎn)生大量廢渣、排放大量廢液，不利于可持續(xù)發(fā)展。而聚羧酸外加劑采用原料基本上都是石油化工產(chǎn)品，不采用有強(qiáng)刺激性味的甲醛和帶有腐蝕性的強(qiáng)堿和強(qiáng)酸。