綠色低碳早強型聚羧酸系減水劑：預制構件好幫手

  圖為山東中巖建材科技有限公司生產(chǎn)基地

  中巖科技在研究分子結構與性能的關系基礎上，對早強型PCE進行分子結構設計并制備。他們采用已經(jīng)本土化的、具有較高分子量的大單體，并引入酰胺基團，通過配方和工藝的優(yōu)化，控制產(chǎn)物的結構和分子量，成功研制出綠色低碳早強型聚羧酸系減水劑。

  聚羧酸系減水劑（PCE）由于其摻量低、減水率高、適應性廣及混凝土耐久性優(yōu)異等特點，在很大程度上提高了混凝土性能，但在預制混凝土構件生產(chǎn)中，由于傳統(tǒng)PCE的應用會延長水泥水化，其產(chǎn)生的緩凝作用使得預制構件生產(chǎn)周期加長、養(yǎng)護能耗提高、生產(chǎn)效率降低。因此，可提高混凝土早期強度的早強型PCE應運而生，其開發(fā)及應用將會提高模板周轉(zhuǎn)速率，進而提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)盡早起吊運輸和安裝，具有非常廣闊的應用前景并將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

  早強型PCE國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

  長期以來我國建筑工程的建造周期長、勞動生產(chǎn)率低，且在建筑節(jié)能與環(huán)保方面遠遠落后于發(fā)達國家。近年來，隨著住宅產(chǎn)業(yè)化進程的加快和基礎設施建設工程的增多，預制混凝土制品的用量呈現(xiàn)不斷增長的趨勢。大規(guī)模預制構件裝配式建設的實行，實現(xiàn)了住宅的高質(zhì)量、零缺陷、減少浪費、快速度、高效益，同時能最好地實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展并減少建筑揚塵對空氣污染的影響。歐美國家預拌混凝土和預制混凝土的比例各占50%左右，而我國預制混凝土只占混凝土總量的10%，發(fā)展空間巨大。

  近幾年，日本觸媒公司、瑞士西卡公司、德國巴斯夫公司、德固賽公司、意大利馬貝公司及美國格雷斯公司紛紛推出了具有早強作用的PCE產(chǎn)品，并已用于預制混凝土構件生產(chǎn)和要求早強的混凝土配制，如Rheobuild 3000FC、ViscoCrete、ADVA??152等。在意大利和西班牙，具有特殊功能基團的兩性型PCE已被大量使用，在獲得較好坍落度保持性的同時提高了早期強度。2007年西卡公司發(fā)明了一種聚合物分子結構中含有陰離子羧基、非離子聚氧乙烯基和陽離子酰胺多胺基團的兩性聚羧酸系共聚物，能夠降低混凝土的粘度，早強效果好，并且坍落度保持能力優(yōu)異。但國外用于制備早強型PCE的原料鑒于知識產(chǎn)權的原因在國內(nèi)不易獲得，且制備工藝較為復雜，工業(yè)化轉(zhuǎn)化的成本高昂，不利于推廣。

  目前，我國應用于預制構件混凝土的減水劑以萘系和三聚氰胺系減水劑為主，其中萘系減水劑多為低濃產(chǎn)品。但是，萘系減水劑的混凝土流動性較差，坍落度損失較快，容易泌水，而且成型的混凝土構件外觀色澤發(fā)暗，缺乏光亮感；三聚氰胺系減水劑雖然早強效果顯著，但與水泥品種適應性不是太好，而且混凝土坍落度損失較快，另外也存在反應條件要求嚴格、質(zhì)量難以控制等缺點。采用PCE產(chǎn)品配制預制構件時，大多采用常規(guī)的PCE母液與無機或有機早強組分進行復合。但使用效果不夠理想，且存在輔助組分的摻量高、物理相容性差、PCE使用和運輸成本增加等問題。因此，通過分子結構設計，采用化學合成的方法制備早強型PCE母液，是提高產(chǎn)品性能的有效途徑。而國內(nèi)在此方面的技術力量較為薄弱，產(chǎn)品的應用性能和穩(wěn)定性與國際領先水平存在較大差距。因此工程應用中多采用國外的早強型PCE，產(chǎn)品售價較高。

  中巖科技早強型PCE的優(yōu)勢和研制意義

  以往研究表明，酰胺基團在水泥體系中能夠通過其中的氫鍵吸附大量的水，形成吸附水化膜，有效防止水泥顆粒凝聚，且能夠在C3A-CaSO4-H2O體系中促進C3A的水化，從而提高早期強度。此外，PCE的側鏈越長，對C3A和C3S的水化抑制作用越小，則混凝土早期強度越高。

  中巖科技在研究分子結構與性能的關系基礎上，對早強型PCE進行分子結構設計并制備。采用已經(jīng)本土化的、具有較高分子量的大單體，并引入酰胺基團，通過配方和工藝的優(yōu)化，控制產(chǎn)物的結構和分子量，研制出一種綠色低碳早強型聚羧酸系減水劑。所得具有較長的側鏈和較短的主鏈，可使水泥水化的誘導期縮短，改變了早期水泥水化產(chǎn)物的結構形態(tài)和穩(wěn)定性，加速水泥砂漿的凝結硬化。由于采用氧化—還原引發(fā)體系，降低了分解自由基的活化能，實現(xiàn)了常溫條件下的生產(chǎn)，符合節(jié)能減排的設計新理念。

  經(jīng)實驗驗證，本品的減水率可達25%以上，與減水型PCE產(chǎn)品相比，凝結時間可縮短0.5~1小時，1天抗壓強度比可達到基準混凝土的220%以上，且后期強度無倒縮，混凝土的抗氯離子滲透和抗凍性能也可得到明顯改善，綜合性能可與國外同類優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品相媲美。由于采用國產(chǎn)原料，且制備工藝簡單，產(chǎn)品的性價比具有較大優(yōu)勢。

  中巖科技研制的綠色低碳早強型PCE，不僅在減水劑的制備過程中免去了加熱環(huán)節(jié)，降低生產(chǎn)能耗，且在預制構件配制中可縮短生產(chǎn)周期，降低養(yǎng)護能耗，真正在各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)了節(jié)能減排式生產(chǎn)。早強型PCE的推廣應用，對提高我國預制構件制品占比起到重要的推動作用，同時促進我國住宅產(chǎn)業(yè)化進程的加快，應用前景十分廣闊。