孫振平 蔣正武 金慧忠 王培銘 張冠倫
(同濟(jì)大學(xué)混凝土材料研究實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)上海200092)
金 璘
(卜賽特化工有限公司，意大利Filago 24040)
摘要：本文簡(jiǎn)要回顧了我國(guó)混凝土高效減水劑研制、生產(chǎn)和應(yīng)用歷史，闡述了幾種主要類型高效減水劑的性能特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀。認(rèn)為，今后必須加大科研力度，一方面努力研究開(kāi)發(fā)如聚羧酸鹽系等新型高性能減水劑品種，另一方面，仍然要從萘系、密胺系等傳統(tǒng)高效減水劑分子結(jié)構(gòu)本身出發(fā)進(jìn)行改性，并且通過(guò)復(fù)合手段，解決萘系、密胺系和聚羧酸鹽系減水劑在實(shí)際應(yīng)用中所面臨的特殊技術(shù)難題，并滿足混凝土工程對(duì)外加劑多功能化的需求。
關(guān)鍵詞：高效減水劑；萘系高效減水劑；聚羧酸鹽系高效減水劑；改性
The Producing/ Application Status and Development of Superplasticizers in China
Sun Zhenping Jiang Zhengwu Jin Huizhong Wang Peiming Zhang Guanlun
(Laboratory of Concrete Materials Research, Tongji University,
Shanghai 200092, China)
Jin Lin
(Bozzetto Chemical Co., Ltd., Filago 24040, Italy)
Abstract: The History of inventing, producing and application of superplasticizers in China is recalled, and the characteristics and application status of the main type superplasticizers are summarized. The authors consider that, in order to meet the further demand of the modern concrete constructions, much more research work should be emphasized on: 1)development of new type superplasticizers such as polycarboxylene based superplasticizer, and 2)modification of the molecule structure of naphthalene and melamine based superplasticizers and finally solving of the new problems on site by means of composting methods.
Key words: superplasticizer; naphthalene based superplasticizer; polycarboxylene based superplasticizer; modification
中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
基金項(xiàng)目：國(guó)家973基礎(chǔ)項(xiàng)目研究計(jì)劃(2001CB610704-1)；上海市青年科技啟明星計(jì)劃(04qmx1428)
作者簡(jiǎn)介：孫振平(1969-)，男，新疆奇臺(tái)人，同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授，博士
混凝土減水劑是指摻加后能在保持流動(dòng)性基本相同的情況下，使混凝土用水量減少，從而提高混凝土強(qiáng)度和耐久性，或者在水泥用量和水灰比不變的情況下，增加混凝土流動(dòng)性，改善混凝土施工性的外加劑。按照減水增強(qiáng)效果的不同，混凝土減水劑分為普通減水劑和高效減水劑兩大類。根據(jù)《GB8076-1997 混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)，高效減水劑是指減水率大于10%的減水劑。目前，高效減水劑雖然已有多種，但為滿足混凝土配制技術(shù)新要求，高效減水劑還將繼續(xù)向新品種化、高性能化和多功能化等方向發(fā)展。本文簡(jiǎn)要介紹高效減水劑的發(fā)展情況、主要品種及其特性，并展望其今后的發(fā)展方向，相信會(huì)對(duì)我國(guó)混凝土高效減水劑的科研和生產(chǎn)行業(yè)的投入有所裨益。
1．發(fā)展簡(jiǎn)史
實(shí)際上，早在1938年，以萘磺酸鹽為主要成分的分散劑技術(shù)就在美國(guó)取得專利，這算得上是高效減水劑的前身。因?yàn)楫?dāng)時(shí)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度低(C20-C30)，完全可以通過(guò)調(diào)節(jié)用水量來(lái)達(dá)到所需要的工作性，并保證強(qiáng)度，再加上水泥價(jià)格相對(duì)較便宜，從經(jīng)濟(jì)上考慮，沒(méi)必要減少混凝土中水泥用量。在以后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，只有文沙樹(shù)脂引氣劑、氯鹽類早強(qiáng)劑和用紙漿副產(chǎn)品制成的木質(zhì)素磺酸鹽普通減水劑占據(jù)著混凝土外加劑的主要市場(chǎng)。
1962年，日本花王石堿公司的服部健一博士研制成功了b－萘磺酸鹽甲醛縮合物（以下簡(jiǎn)稱“萘系”）高效減水劑；1963年，德國(guó)研制成功三聚氰胺甲醛樹(shù)脂磺酸鹽（以下簡(jiǎn)稱“密胺系”）高效減水劑，并投入生產(chǎn)應(yīng)用，真正算作歷史上最早出現(xiàn)的兩類高效減水劑產(chǎn)品。20世紀(jì)70年代中、后期，這兩類高效減水劑也相繼在我國(guó)開(kāi)發(fā)研制成功，并投入生產(chǎn)應(yīng)用。到20世紀(jì)70年代末80年代初，為了充分利用地方性原材料，降低生產(chǎn)成本，蒽系高效減水劑應(yīng)運(yùn)而生，而脂肪族高效減水劑(羰基焦醛高效減水劑)則是最近5年才開(kāi)始生產(chǎn)應(yīng)用的。近來(lái)，隨著工程實(shí)際對(duì)混凝土各項(xiàng)技術(shù)性能要求的提高，氨基磺酸鹽系和聚羧酸系高效減水劑相繼研制成功并投入生產(chǎn)。新品種高性能減水劑的出現(xiàn)，極大地豐富了我國(guó)高效減水劑的市場(chǎng)，但在產(chǎn)品推廣和實(shí)際應(yīng)用技術(shù)方面仍存在一定問(wèn)題[1-3，8-10]。
屈指算來(lái)，我國(guó)高效減水劑生產(chǎn)應(yīng)用已有30余年歷史，其用量逐年增長(zhǎng)(2003年產(chǎn)量73萬(wàn)噸，比1998年增加265%)，用途越來(lái)越廣，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也越來(lái)越豐富。典型的例子，摻有高效減水劑的C60混凝土在上海一次泵送到“東方明珠”電視搭350m高的搭頂，而在金茂大廈建設(shè)中，摻有高效減水劑的混凝土更是被一次泵送至420.5m的高度，可以說(shuō)不斷創(chuàng)造新的世界記錄。上海環(huán)球金融中心大樓設(shè)計(jì)凈高為492m，其結(jié)構(gòu)混凝土的施工澆注將對(duì)高效減水劑的性能提出更高的要求。
當(dāng)前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛躍和大型工程的建設(shè)，大體積、高泵程混凝土的施工越來(lái)越多地?cái)[在我們面前?；炷恋纳唐坊瘎t對(duì)摻高效減水劑混凝土的流動(dòng)性保持性提出了更高要求。深入了解各種高效減水劑的品種、特性和適宜應(yīng)用領(lǐng)域，有助于我們?cè)趯?shí)際工程中正確選擇，有助于使這些產(chǎn)品更好地服務(wù)于混凝土工程實(shí)踐，產(chǎn)生最佳的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
2.高效減水劑的種類及其特征
2.1 多環(huán)芳烴型高效減水劑
萘系、蒽系(聚次甲基蒽磺酸鹽)、甲基萘系(聚次甲基甲基萘磺酸鹽)、古馬隆系(聚氧茚樹(shù)脂磺酸鹽)等都屬于這一類，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是憎水性的主鏈為亞甲基連接的雙環(huán)或多環(huán)的芳烴，親水性的官能團(tuán)則是連在芳環(huán)上的-SO3M等。ß－萘磺酸鹽甲醛縮合物即萘系減水劑的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 萘系減水劑分子結(jié)構(gòu)示意圖
萘系高效減水劑根據(jù)其產(chǎn)品中Na2SO4含量的高低，可分為高濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量<3%)、中濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量3%-10%)和低濃型產(chǎn)品(Na2SO4含量>10%)。萘系減水劑的減水率高低與其摻量有直接關(guān)系。過(guò)去，由于萘系高效減水劑多數(shù)情況下在工地現(xiàn)場(chǎng)混凝土攪拌中使用，主要采用粉劑形式摻加，人們對(duì)產(chǎn)品中的Na2SO4含量多少不甚關(guān)心。但是當(dāng)萘系高效減水劑以液體形式供應(yīng)使用時(shí)，氣溫較低(一般15oC以下)會(huì)使產(chǎn)品中產(chǎn)生Na2SO4結(jié)晶，嚴(yán)重影響計(jì)量精度和使用效果。為了降低產(chǎn)品中的結(jié)晶程度和徹底消滅結(jié)晶現(xiàn)象，生產(chǎn)廠一般采用KOH、Ca(OH)2代替NaOH進(jìn)行中和，或者增加低溫抽濾的工序?qū)a2SO4除去。目前大多數(shù)萘系高效減水劑合成廠都具備將Na2SO4含量控制在3%以下的能力，有些先進(jìn)企業(yè)甚至可將其控制在0.4%以下。
萘系高效減水劑的減水率較高(15%-25%），基本上不影響混凝土的凝結(jié)時(shí)間，引氣量低（<2%），提高混凝土強(qiáng)度效果較明顯。
萘系高效減水劑的缺點(diǎn)之一是與水泥/摻合料的適應(yīng)性問(wèn)題，這與減水劑本身的磺化程度、聚合度、中和離子的種類，Na2SO4含量、摻加時(shí)的狀態(tài)，摻量、摻加方法，以及水泥/摻合料的化學(xué)成分、礦物組成、堿含量、石膏形態(tài)及與鋁酸鹽比例、細(xì)度等因素有關(guān)[8-10]。
萘系高效減水劑的缺點(diǎn)之二是摻加后混凝土坍落度損失較快，所以，在商品混凝土中使用時(shí)一般要同時(shí)復(fù)合緩凝、引氣等組分進(jìn)行改性，得到所謂的泵送劑產(chǎn)品。
今后，萘系高效減水劑在生產(chǎn)方面可考慮采用SO3氣體對(duì)高純度的萘進(jìn)行磺化，甚至采用連續(xù)反應(yīng)合成工藝進(jìn)行生產(chǎn)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)能和生產(chǎn)效率。萘系高效減水劑與水泥的適應(yīng)性尚需進(jìn)一步研究和解決。目前萘系高效減水劑的年產(chǎn)量占減水劑產(chǎn)量的80%以上，仍屬主流品種。
甲基萘、古馬隆屬于焦油下游產(chǎn)品，這兩種原材料，以及蒽油，都可以替代工業(yè)萘用以合成高效減水劑，但此類高效減水劑在市場(chǎng)上并不多見(jiàn)，經(jīng)常是在工業(yè)萘供求矛盾十分緊張的情況下，有些工廠才生產(chǎn)。這些產(chǎn)品往往揮發(fā)成份較多，有刺激性氣味，緩凝較嚴(yán)重，引氣性大，減水、增強(qiáng)效果不如萘系高效減水劑，混凝土坍落度損失較嚴(yán)重，與水泥適應(yīng)性不佳。根據(jù)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)，幾種多環(huán)芳烴型高效減水劑的性能差異如下：
減水率：萘系〉古馬隆系〉蒽系〉甲基萘系〉煤焦油混合系
引氣性：煤焦油混合系〉甲基萘系〉蒽系〉古馬隆系〉萘系
緩凝作用：煤焦油混合系〉甲基萘系〉蒽系〉古馬隆系〉萘系
混凝土坍落度損失: 蒽系〉甲基萘系〉萘系〉古馬隆系〉煤焦油混合系
2.2 雜環(huán)型高效減水劑
雜環(huán)型高效減水劑主要指密胺系減水劑(有時(shí)也將古馬隆系減水劑歸類于此)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是憎水性主鏈為亞甲基連接的含N或含O的六元或五元雜環(huán)，親水性的官能團(tuán)則是連接在雜環(huán)上。其結(jié)構(gòu)式表示如圖2。
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圖2 密胺系減水劑分子結(jié)構(gòu)示意 |
密胺系減水劑是由三聚氰胺與甲醛先生成三羥甲基三聚氰胺，再經(jīng)磺化、縮合得到。該類減水劑屬于低引氣型，無(wú)緩凝作用，減水率相當(dāng)于萘系高效減水劑，對(duì)混凝土增強(qiáng)效果較好，但摻加后混凝土坍落度損失也較快。由于密胺系高效減水劑生產(chǎn)成本較高，性能上并沒(méi)有表現(xiàn)出明顯超越萘系高效減水劑之處，所以結(jié)構(gòu)混凝土工程中極少使用。只是由于其無(wú)色和低引氣的特征，目前在干粉建材及彩色路面磚等的生產(chǎn)中得到應(yīng)用。
2.3 單環(huán)芳烴型高效減水劑
主要指聚合物憎水主鏈中苯基和亞甲基交替連接而成，而在主鏈的單環(huán)上可接有-SO3H、-OH、-NH2和-COOH的親水性官能團(tuán)，烷基、烷氧基等取代基，或有可能使主鏈上帶有聚氧乙烯基等長(zhǎng)鏈基團(tuán)，使該類減水劑具有像聚羧酸系一樣的梳型結(jié)構(gòu)。
以對(duì)氨基苯磺酸、苯酚、甲醛等為主要原料所合成的氨基磺酸鹽系高效減水劑就具有這種結(jié)構(gòu)特征。由于這種減水劑的合成中對(duì)氨基苯磺酸并不是唯一的原料，而且用對(duì)氨基苯磺酸也并不能代表這類水溶性樹(shù)脂表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征，為了對(duì)具有這類結(jié)構(gòu)特征的水溶性聚合物進(jìn)行較系統(tǒng)的研究，把具有這種結(jié)構(gòu)特征的減水劑與萘系為代表的多環(huán)芳烴類相區(qū)別，定名為單環(huán)芳烴型高效減水劑。其結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為：分子中憎水性的主鏈?zhǔn)莵喖谆B接的單環(huán)芳烴，而在環(huán)上分布著-SO3H、-OH、-NH3等親水基團(tuán)，可表示如圖3。
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圖3 氨基磺酸鹽系減水劑分子結(jié)構(gòu)示意圖 |
氨基磺酸鹽類高效減水劑在摻量較低(0.2%-0.3%)時(shí)即具有一定的塑化效果，它不僅具有較高的減水率(23%-28%)，而且側(cè)基種類合適的情況下，可有效地控制混凝土坍落度損失。
近年來(lái)國(guó)內(nèi)部分廠家合成生產(chǎn)這類減水劑并投入實(shí)際工程使用。盡管它合成工藝較簡(jiǎn)單，合成溫度低(80-110oC)，但由于原材料對(duì)氨基苯磺酸鈉、苯酚等的價(jià)格突漲，這類高效減水劑生產(chǎn)成本相對(duì)較高，使得其雖在高強(qiáng)高性能混凝土的配制中具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)用普及程度遠(yuǎn)不如萘系高效減水劑。
通常情況下，將氨基磺酸鹽類高效減水劑與萘系高效減水劑等進(jìn)行復(fù)合，不僅可以改善萘系高效減水劑與水泥的適應(yīng)性，而且能增強(qiáng)混凝土的坍落度保持性。但必須注意的是，氨基磺酸鹽系減水劑摻量較高時(shí)也易引起過(guò)度泌水和緩凝。
2.4 脂肪族高效減水劑
脂肪族高效減水劑主要指采用丙酮、亞硫酸鹽、甲醛等合成的羰基焦醛高效減水劑，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是憎水基主鏈為脂肪族的烴類，而親水基主要為-SO3H、-COOH、-OH等。典型的分子結(jié)構(gòu)式如圖4所示。
圖4 羰基焦醛高效減水劑的結(jié)構(gòu)示意圖
羰基焦醛高效減水劑原材料便宜，工藝簡(jiǎn)單(合成溫度80-100oC)，所以合成成本相對(duì)較低，而其對(duì)混凝土塑化增強(qiáng)方面的效果與萘系、密胺系高效減水劑相近。羰基焦醛高效減水劑的引氣量較低，不使混凝土過(guò)分泌水，對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間影響較小。由于羰基焦醛液體高效減水劑呈明顯的紅色，摻入混凝土中后易滲色，經(jīng)常受到用戶的質(zhì)疑，但并不影響混凝土的內(nèi)在和表面性能。羰基焦醛高效減水劑目前在高強(qiáng)管樁生產(chǎn)中應(yīng)用較多，且在萘系減水劑價(jià)格高漲時(shí)期，其更加受到用戶青睞。
2.5 聚羧酸系高效減水劑
作為被廣泛關(guān)注的重要的減水劑品種，聚羧酸系減水劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是憎水性的主鏈為脂肪族的烴類，而親水性的官能團(tuán)則是側(cè)鏈上所連的-SO3H、-COOH、-OH或聚氧烷基烯類EO長(zhǎng)側(cè)鏈[-(CH2CH2O)m-R]等。具有代表性的聚羧酸系減水劑（該減水劑的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所選聚合單體的種類有關(guān)）的結(jié)構(gòu)如圖5。
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圖5 聚羧酸系減水劑分子結(jié)構(gòu)示意圖 |
聚羧酸系減水劑常采用接枝共聚方法進(jìn)行合成，主要原料為：丙烯酸、馬來(lái)酸干、甲基丙烯酸、丙烯酸羥乙酯等。先合成帶側(cè)鏈長(zhǎng)度的單體，再將這些單體同酸酸類及磺酸類單體共聚，最后將兩種或兩種以上共聚物聚合成二元或多元共聚物，形成一個(gè)大的聚合物分子。
聚羧酸系減水劑的減水性能與所選聚合單體的種類及各嵌段鏈節(jié)的組成有關(guān)。這種減水劑在摻量很小(0.1%-0.2%)的情況下就可產(chǎn)生較好的分散效果，并具有優(yōu)良的緩凝、早強(qiáng)或保坍作用。聚合物側(cè)鏈上的乙氧基鏈節(jié)不僅對(duì)減水率有影響，而且對(duì)抑制混凝土坍落度損失也有重要作用。
聚羧酸系減水劑在水泥顆粒表面的吸附量較小，但由于其帶有許多支鏈，可以產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)，因而摻量很低時(shí)就可實(shí)現(xiàn)較好的塑化效果。支鏈的存在以及齒形的吸附方式(圖6(b))，使得初始的水泥水化產(chǎn)物較難將減水劑分子吸附層覆蓋，因而，該減水劑在水泥顆粒表面有效作用時(shí)間較長(zhǎng)。
與常用的萘系和密胺系高效減水劑相比，聚羧酸系高效減水劑具有摻量低、增強(qiáng)效果好、坍落度保持性好、與水泥適應(yīng)性較好等特點(diǎn)，是配制低水膠比、高強(qiáng)、高耐久性混凝土的首選[4-7]。
(a)剛性鏈橫臥吸附狀態(tài) (b)接枝共聚物的齒型吸附狀態(tài)
圖6 減水劑分子在水泥顆粒表面的吸附狀態(tài)示意圖
盡管我國(guó)聚羧酸系減水劑發(fā)展起步較晚，其用量只占減水劑總用量的2%左右，但其在國(guó)內(nèi)重特大工程中的應(yīng)用正逐漸增多。國(guó)外不少大的化學(xué)建材公司，如德固賽集團(tuán)、格雷斯建材公司、馬貝集團(tuán)、西卡公司、富斯樂(lè)公司和花王公司等，紛紛將自己生產(chǎn)的聚羧酸系減水劑產(chǎn)品通過(guò)進(jìn)口方式引進(jìn)中國(guó)市場(chǎng)，對(duì)推動(dòng)聚羧酸系減水劑在工程中的應(yīng)用起到了非常重要的作用。值得一提的是，國(guó)內(nèi)少數(shù)廠家也開(kāi)始生產(chǎn)、銷售聚羧酸系減水劑產(chǎn)品。目前，我國(guó)正在制定聚羧酸系高性能減水劑的標(biāo)準(zhǔn)，相信會(huì)促進(jìn)我國(guó)聚羧酸系減水劑工業(yè)的快速、健康發(fā)展。
2.6 其它高效減水劑
高效減水劑家族中除了上述品種外，還有改性木質(zhì)素磺酸類，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，憎水性的主鏈可以包含芳烴、脂環(huán)烴和脂肪烴等，親水官能團(tuán)的種類和分布也比較復(fù)雜。
木質(zhì)素磺酸鹽是世界上使用最早的減水劑品種，在混凝土中的應(yīng)用己經(jīng)有70年歷史。木質(zhì)素磺酸鹽是硫酸法生產(chǎn)紙漿的副產(chǎn)品，由于造紙?jiān)喜煌媚锯}分子結(jié)構(gòu)不同，性能也有所差異，其中以針葉木原料最好，闊葉木原料次之。該減水劑摻量較低(水泥重量的0.2%-0.3%)，減水率相對(duì)較低(5%-12%)，具有一定緩凝性，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度提高的幅度較小。尤其要注意的是，木質(zhì)素磺酸鹽摻量大時(shí)混凝土含氣量高，緩凝性強(qiáng)，對(duì)強(qiáng)度負(fù)面影響不容忽視。再者，這類減水劑與某些水泥存在適應(yīng)性問(wèn)題。所以，普通的木鈣(木鈉、木鎂、木鉀、木銨)減水劑，在混凝土中的應(yīng)用受到一定限制，尤其是高強(qiáng)混凝土的配制一般不用木質(zhì)素磺酸鹽減水劑。
但是，將普通的木質(zhì)素磺酸鹽經(jīng)過(guò)改性處理(主要是去除還原糖和低分子量物質(zhì))，可以得到改性木質(zhì)素磺酸鹽。改性木質(zhì)素磺酸鹽的減水率可得到較大程度的提高，緩凝效果降低，但仍具有少許引氣性。通常改性木質(zhì)素磺酸鹽可與其它高效減水劑復(fù)配使用，或與早強(qiáng)組分復(fù)合配制成早強(qiáng)減水劑。
我國(guó)是木質(zhì)素磺酸鹽減水劑的生產(chǎn)大國(guó)，隨著國(guó)家環(huán)保要求的提高，市場(chǎng)上木質(zhì)素供給量還將進(jìn)一步增加。但由于我國(guó)水泥品種多，而木質(zhì)素磺酸鹽減水劑使用效果相對(duì)較差，與某些水泥的適應(yīng)性又不理想，導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中所占的比例并沒(méi)有人們所期望的那樣大。我國(guó)生產(chǎn)的大部分木質(zhì)素磺酸鹽減水劑都被出口到韓國(guó)、日本、澳大利亞、美國(guó)和加拿大等國(guó)。
筆者非常希望我國(guó)能加快對(duì)木質(zhì)素磺酸鹽減水劑進(jìn)行改性的步伐，使這種環(huán)保性較強(qiáng)的減水劑高性能化，為我國(guó)混凝土工程作出更大貢獻(xiàn)。
3. 我國(guó)混凝土高效減水劑發(fā)展方向
隨著混凝土技術(shù)不斷向高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性和多功能性的方向發(fā)展，混凝土減水劑已成為混凝土中必不可少的組分之一。我國(guó)混凝土高效減水劑在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后，目前品種基本齊全，已經(jīng)可以生產(chǎn)的高效減水劑有改性木質(zhì)素磺酸鹽系、萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸鹽系、脂肪族系和聚羧酸系等。但是，減水劑的生產(chǎn)水平和應(yīng)用水平在各地的狀況并不均衡。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年，我國(guó)各種減水劑(包括普通減水劑)所占的比例如表1。
表1 我國(guó)減水劑應(yīng)用所占比例(2003年)
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減水劑種類 |
應(yīng)用比例(%) |
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萘系 |
66 |
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脂肪族系 |
3 |
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氨基磺酸鹽系 |
7 |
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密胺系 |
3 |
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聚羧酸系 |
2 |
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木質(zhì)素系 |
14 |
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其它 |
5 |
從表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，如果不將木質(zhì)素系普通減水劑包括在內(nèi)，則萘系高效減水劑在我國(guó)所占比例接近80%。
今后，各項(xiàng)工程建設(shè)(基礎(chǔ)設(shè)施、煤炭和水電工業(yè)等)均需要高強(qiáng)高耐久性混凝土，且為了滿足難度越來(lái)越高的施工技術(shù)，還需集多功能于一身的外加劑。因此，針對(duì)高效減水劑，應(yīng)該在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)研究和應(yīng)用推廣。
3.1 減水劑的高性能化、多功能化
減水劑的高性能化、多功能化可通過(guò)以下三個(gè)途徑：
1) 多組分復(fù)合
在高效減水劑的基礎(chǔ)上復(fù)合其它組分或化學(xué)助劑，可以克服高效減水劑自身的某些缺點(diǎn)，增強(qiáng)其應(yīng)用效果。如在萘系高效減水劑中復(fù)合緩凝組分、引氣組分等，改善其坍落度保持性。雖然采用復(fù)合的措施并不能實(shí)現(xiàn)減水劑根本性的變化，但實(shí)踐證明它的確是一種滿足混凝土性能要求的操作性較強(qiáng)的措施。
2) 優(yōu)化產(chǎn)品合成工藝
減水劑本身的許多因素都會(huì)影響其與水泥/摻合料的適應(yīng)性，通過(guò)原材料的選擇和工藝的調(diào)整，進(jìn)一步優(yōu)化減水劑的分子結(jié)構(gòu)，是提高高效減水劑減水、增強(qiáng)效果，改善所配制混凝土坍落度保持性的有效手段。目前，國(guó)外一些實(shí)力較強(qiáng)的建筑化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)公司已著手這方面的研究工作，如針對(duì)萘系和密胺系高效減水劑，改變磺化程度、分子量、分子量分布等，并在主鏈上連接支鏈或引入一些其它的活性基團(tuán)，可以改善這些品種減水劑與水泥之間的適應(yīng)性[8-12]。
3)新品種高效減水劑的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用
氨基磺酸鹽系和聚羧酸鹽系高效減水劑與水泥都具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，且摻加后混凝土坍落度保持性較好。關(guān)于聚羧酸鹽系減水劑，我國(guó)在這方面積累的科研成果以及生產(chǎn)、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)尚不足，如目前還未能開(kāi)發(fā)出分別具有緩凝、早強(qiáng)、低引氣、坍落度長(zhǎng)時(shí)間保持性優(yōu)良的多品種聚羧酸鹽系高效減水劑；對(duì)聚羧酸鹽系減水劑尚缺乏合適的改性(如緩凝、促凝、引氣、消泡等)手段；尚無(wú)解決摻聚羧酸鹽系減水劑混凝土分層離析甚至嚴(yán)重泌水現(xiàn)象的有效措施等。另外，對(duì)聚羧酸鹽系高效減水劑的霧化干燥工藝也值得開(kāi)展研究。
3.2 基于高效減水劑的系列化、多樣化外加劑的研制
混凝土的配制已越來(lái)越離不開(kāi)高效減水劑，然而不同用途的混凝土對(duì)外加劑的要求是多方面的，如水下抗分散混凝土不僅要求大流動(dòng)性，而且要求優(yōu)異的粘聚性和抗水分散性；再者，噴射混凝土不僅需要能使其快速凝結(jié)硬化的速凝劑，也需要能大幅度降低用水量以提高強(qiáng)度的高效減水劑。如何將高效減水劑與各種功能性的外加劑組分有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，集幾種單組分各自功能于一身，或起到多倍于單組分功能的多功能、系列化外加劑，仍然是混凝土外加劑行業(yè)工作者的一大歷史任務(wù)。
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作者簡(jiǎn)介：
孫振平，男，副教授，工學(xué)博士,同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，主要研究方向：混凝土材料改性與混凝土外加劑開(kāi)發(fā)，高性能混凝土。目前為中國(guó)建材工業(yè)協(xié)會(huì)混凝土外加劑分會(huì)理事，混凝土外加劑專業(yè)委員會(huì)委員。
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