近30年來，隨著國內(nèi)外水泥混凝土材料科學(xué)水平的提高，以及結(jié)構(gòu)物（構(gòu)筑物）向高強化、大型化、巨量化、功能化、施工工藝復(fù)雜化、綠色化等方向發(fā)展，混凝土外加劑技術(shù)取得長足進步，我國已經(jīng)頒布的外加劑標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了近20個外加劑品種。本世紀(jì)初開始，我國開始生產(chǎn)使用聚羧酸系減水劑，但萘系減水劑仍被大量單獨使用，而且廣泛應(yīng)用于其他品種外加劑的復(fù)配生產(chǎn)。萘系減水劑在減水劑家族中占有十分特殊和重要的地位，在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)，這種特殊和重要的地位不會被動搖。
當(dāng)前我國預(yù)拌混凝土和預(yù)制混凝土的總量只占混凝土產(chǎn)量的30％，除了這類混凝土中全部使用外加劑外，其他大約20％的工地現(xiàn)拌混凝土也采用外加劑，這樣算來，我國目前只有50%的混凝土摻加外加劑，而發(fā)達國家這一比例高達 80%～90%。此外，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和急速的城市化發(fā)展，使得我國水泥產(chǎn)量和混凝土的需求量迅速增長。從這兩點來看，我國混凝土外加劑的需求量和產(chǎn)量將大幅度提高。因此，煤化工和石油化工的下游副產(chǎn)品工業(yè)萘，作為混凝土外加劑產(chǎn)品之一的萘系減水劑的上游原材料，將會迎來一個更加燦爛的明天。
一、外加劑對混凝土材料可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的重要作用
混凝土外加劑的使用對混凝土材料可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟的發(fā)展已經(jīng)起到了不可替代的作用，并且將來會起到更巨大的作用。
20世紀(jì)80年代，高性能混凝土概念的提出和研究應(yīng)用熱潮的興起，以及隨后綠色高性能混凝土概念的深化，都源自于各種混凝土外加劑的研制和成功應(yīng)用。 單從技術(shù)角度看，摻加外加劑可以為混凝土帶來以下好處：1）按要求改善混凝土的力學(xué)性能（增強、早強、緩凝、速凝等）。2）按要求改善混凝土的施工性（大流動性、自流平、自填充、水下澆筑性、可噴射施工等）。3）提高混凝土的耐久性，延長結(jié)構(gòu)物使用壽命。4）加快工程進度，縮短工期，加速模板周轉(zhuǎn)。 5）節(jié)約水泥，節(jié)省成本和造價等。
歸納起來，混凝土外加劑對混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展有以下推動作用，并起到良好的保證作用。
1.混凝土外加劑的生產(chǎn)本身利用了大量的工業(yè)廢液、固體廢棄物。
木質(zhì)素磺酸鹽減水劑原材料采用紙漿廢液，生產(chǎn)工藝簡單，是幫助紙漿企業(yè)消化處理紙漿廢液、降低河道污染、保護環(huán)境的一種重要的環(huán)保產(chǎn)品。生產(chǎn)1噸木質(zhì)素磺酸鹽減水劑，能幫助企業(yè)處理2.5噸濃度為40％左右的紙漿廢液，相應(yīng)地降低了紙漿企業(yè)廢液排放對江河的化學(xué)污染。 早強劑、速凝劑、泵送劑、防水劑、緩凝劑、緩凝減水劑等的生產(chǎn)過程中都可能會用到工業(yè)廢液、固體廢棄物。
2.混凝土外加劑的應(yīng)用改善了混凝土的流動性，降低了施工能耗。
減水劑的成功應(yīng)用，使大流動性混凝土的配制成為可能，大大降低了振實能耗。近年發(fā)展起來的自流平、自密實混凝土不需振動或稍加振動就可以密實，而且可用來澆筑復(fù)雜、薄壁結(jié)構(gòu)。
3.使混凝土高強化，減小了結(jié)構(gòu)尺寸。
目前，由于高效減水劑、高性能減水劑的應(yīng)用，c60～c80混凝土，甚至c100混凝土也在實際工程中應(yīng)用。相比較于減水劑出現(xiàn)前的c20～c30混凝土，結(jié)構(gòu)尺寸大大降低，相當(dāng)于減少了水泥混凝土的原材料消耗。
4.減少了水泥用量，并消耗大量粉煤灰、礦渣粉等工業(yè)固體廢渣，大幅度降低了混凝土材料的碳排放量。
正是減水劑和各種其他外加劑的成功應(yīng)用，使混凝土中的水泥用量從過去普遍的300kg／m³～600kg／m³，降低到目前的130kg／m³～350kg／m³，而粉煤灰、礦渣粉的摻量可高達30％～50％，甚至60％～70％。
我國目前每年減水劑的生產(chǎn)量為300萬噸左右。單從摻減水劑降低混凝土單位水泥用量的效益，就可見一斑。按照減水劑摻量為水泥用量的0.6％、水泥用量減少15％計算，我國每年僅減水劑的使用就減少了1.12億噸水泥用量，這相當(dāng)于每年減少1.1億噸的碳排放。
5.大大改善了混凝土的耐久性，減少了修補和重建所消耗的原材料。
東海大橋、杭州灣大橋結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計基準(zhǔn)壽命為100年，這比30年和50年壽命的結(jié)構(gòu)物壽命分別延長3倍和2倍，將減少2倍和1倍的重建材料。
6.利用超早強作用節(jié)約了預(yù)制混凝土的養(yǎng)護能耗。
預(yù)制混凝土耗能最大的環(huán)節(jié)就是蒸養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護。采用具有高減水效果的早強減水劑，可以大幅度提高預(yù)制混凝土的早期強度發(fā)展速率，從而免去了蒸養(yǎng)甚至蒸壓養(yǎng)護環(huán)節(jié)，節(jié)能效果十分明顯。
7.合理改善混凝土性能，實現(xiàn)混凝土拌合物的全商品化供應(yīng)。
混凝土能實現(xiàn)商品化，減水劑和泵送劑產(chǎn)品功不可沒。為滿足各種具體的工程，人們相繼開發(fā)研制了緩凝型、早強型、防水型、膨脹型、防凍型泵送劑等，為具有不同性能和功能的商品泵送混凝土的生產(chǎn)提供了重要的外加劑品種的保證。
二、混凝土外加劑的現(xiàn)狀及其發(fā)展方向
1.標(biāo)準(zhǔn)和品種
混凝土外加劑的應(yīng)用對于混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展具有決定性的作用。目前，我國已經(jīng)建立了較完善的外加劑標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其中涉及到22個外加劑品種。除此之外，還有一些新開發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品，尚無國家和部頒的標(biāo)準(zhǔn)，如混凝土減縮劑、水下抗分散混凝土外加劑、混凝土保水劑、混凝土內(nèi)養(yǎng)護劑等。
2.產(chǎn)量及組成
我國混凝土外加劑從20世紀(jì)50年代的木質(zhì)素磺酸鹽減水劑的生產(chǎn)開始，直到1980年的萘系高效減水劑的投產(chǎn)，產(chǎn)量一直很低。混凝土外加劑產(chǎn)量真正增加是從1995年開始的，但由于當(dāng)時全國大部分地區(qū)的混凝土仍以現(xiàn)場攪拌為主，到1998年時，減水劑的總產(chǎn)量只有19.38萬噸。而自l998年開始，產(chǎn)量增幅加大，2003年產(chǎn)量73萬噸，比1998年增加265%；2005年產(chǎn)量達到111萬噸，比2003年增加52％。2007年外加劑總產(chǎn)量達到 424.79萬噸，其中合成減水劑達到284.54萬噸，比2005年增加156％。
2007年~2009年，是我國混凝土大發(fā)展時期。 2009年，全國混凝土外加劑總產(chǎn)量高達722.52萬噸，比2007年增長70.1％。2009 年，全國合成減水劑總產(chǎn)量為484.68萬噸，比2007年增長70.3％。2009年，雖然聚羧酸系減水劑的產(chǎn)量比2007年增加206.1％，但在合成減水劑中，各種高效減水劑的比例仍高達67％，聚羧酸系高性能減水劑占26%，木質(zhì)素減水劑占7％。
3.技術(shù)水平及發(fā)展趨勢
當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟的騰飛和大型工程的建設(shè)，大體積、高泵程的混凝土施工工程越來越多地擺在面前?；炷恋纳唐坊瘎t對摻高效減水劑混凝土的流動性保持性提出了更高要求。而更多的設(shè)計基準(zhǔn)期為100年，甚至是300年的混凝土工程則對加大礦物摻合料比例、降低水膠比有明確的要求，聚羧酸系減水劑在這樣的背景下，發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
然而，為更好地從根本上改善混凝土性能，最大限度地節(jié)約水泥用量、增加水泥使用效能，為混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展提供更強有力的技術(shù)保證，混凝土外加劑不論在品種、產(chǎn)量還是自身環(huán)保性方面，都需邁上新的臺階。筆者認(rèn)為，今后的工作重點在于以下幾個方面：
1）正確評價木質(zhì)素磺酸鹽減水劑的技術(shù)特性，在實際工程中加強對木質(zhì)素磺酸鹽減水劑及其復(fù)合外加劑特性的再認(rèn)識，揚長避短，拓展木質(zhì)素磺酸鹽減水劑的工程應(yīng)用范圍。
2）加強聚羧酸系高性能減水劑合成工藝和應(yīng)用技術(shù)的研究，尤其是具有高減水率、高保塑及高減水、高早強兩種聚羧酸系減水劑母體的研究，并探討聚羧酸系減水劑與其他傳統(tǒng)減水劑復(fù)合使用的可能性。
3）繼續(xù)研究解決新拌混凝土坍落度損失的控制問題。實際上，對于任何減水型外加劑，摻加后都存在坍落度經(jīng)時損失的問題。
4）尋求解決混凝土外加劑與水泥／摻合料的適應(yīng)性問題的有效措施?；炷客饧觿?yīng)用范圍越廣，混凝土外加劑與水泥／摻合料的適應(yīng)性問題就越突出。必須加強基礎(chǔ)研究，找尋普適性的規(guī)律。
5）針對摻外加劑混凝土耐久性（包括開裂）問題開展系列研究。降低摻減水劑混凝土的收縮開裂問題已成為研究熱點之一。必須建立可信的試驗方法，找尋摻各種減水劑的混凝土的變形與強度發(fā)展之間的關(guān)系。再者，在減水劑中復(fù)合減縮劑或在減水劑分子上接枝減縮基團，都是避免摻外加劑混凝土開裂的有效措施。
6）無氯、低堿型外加劑的開發(fā)研制，以及無害、利廢、清潔化生產(chǎn)技術(shù)的研究必須始終貫徹于外加劑發(fā)展整個過程中。
7）關(guān)注萘系高效減水劑脫硫渣在混凝土外加劑中的綜合利用問題，進行消化。同時，應(yīng)進一步研究更多類似的工業(yè)固體廢渣和廢液的利用。
當(dāng)前我國預(yù)拌混凝土和預(yù)制混凝土的總量只占混凝土產(chǎn)量的30％，除了這類混凝土中全部使用外加劑外，其他大約20％的工地現(xiàn)拌混凝土也采用外加劑，這樣算來，我國目前只有50%的混凝土摻加外加劑，而發(fā)達國家這一比例高達 80%～90%。此外，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和急速的城市化發(fā)展，使得我國水泥產(chǎn)量和混凝土的需求量迅速增長。從這兩點來看，我國混凝土外加劑的需求量和產(chǎn)量將大幅度提高。因此，煤化工和石油化工的下游副產(chǎn)品工業(yè)萘，作為混凝土外加劑產(chǎn)品之一的萘系減水劑的上游原材料，將會迎來一個更加燦爛的明天。
一、外加劑對混凝土材料可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的重要作用
混凝土外加劑的使用對混凝土材料可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟的發(fā)展已經(jīng)起到了不可替代的作用，并且將來會起到更巨大的作用。
20世紀(jì)80年代，高性能混凝土概念的提出和研究應(yīng)用熱潮的興起，以及隨后綠色高性能混凝土概念的深化，都源自于各種混凝土外加劑的研制和成功應(yīng)用。 單從技術(shù)角度看，摻加外加劑可以為混凝土帶來以下好處：1）按要求改善混凝土的力學(xué)性能（增強、早強、緩凝、速凝等）。2）按要求改善混凝土的施工性（大流動性、自流平、自填充、水下澆筑性、可噴射施工等）。3）提高混凝土的耐久性，延長結(jié)構(gòu)物使用壽命。4）加快工程進度，縮短工期，加速模板周轉(zhuǎn)。 5）節(jié)約水泥，節(jié)省成本和造價等。
歸納起來，混凝土外加劑對混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展有以下推動作用，并起到良好的保證作用。
1.混凝土外加劑的生產(chǎn)本身利用了大量的工業(yè)廢液、固體廢棄物。
木質(zhì)素磺酸鹽減水劑原材料采用紙漿廢液，生產(chǎn)工藝簡單，是幫助紙漿企業(yè)消化處理紙漿廢液、降低河道污染、保護環(huán)境的一種重要的環(huán)保產(chǎn)品。生產(chǎn)1噸木質(zhì)素磺酸鹽減水劑，能幫助企業(yè)處理2.5噸濃度為40％左右的紙漿廢液，相應(yīng)地降低了紙漿企業(yè)廢液排放對江河的化學(xué)污染。 早強劑、速凝劑、泵送劑、防水劑、緩凝劑、緩凝減水劑等的生產(chǎn)過程中都可能會用到工業(yè)廢液、固體廢棄物。
2.混凝土外加劑的應(yīng)用改善了混凝土的流動性，降低了施工能耗。
減水劑的成功應(yīng)用，使大流動性混凝土的配制成為可能，大大降低了振實能耗。近年發(fā)展起來的自流平、自密實混凝土不需振動或稍加振動就可以密實，而且可用來澆筑復(fù)雜、薄壁結(jié)構(gòu)。
3.使混凝土高強化，減小了結(jié)構(gòu)尺寸。
目前，由于高效減水劑、高性能減水劑的應(yīng)用，c60～c80混凝土，甚至c100混凝土也在實際工程中應(yīng)用。相比較于減水劑出現(xiàn)前的c20～c30混凝土，結(jié)構(gòu)尺寸大大降低，相當(dāng)于減少了水泥混凝土的原材料消耗。
4.減少了水泥用量，并消耗大量粉煤灰、礦渣粉等工業(yè)固體廢渣，大幅度降低了混凝土材料的碳排放量。
正是減水劑和各種其他外加劑的成功應(yīng)用，使混凝土中的水泥用量從過去普遍的300kg／m³～600kg／m³，降低到目前的130kg／m³～350kg／m³，而粉煤灰、礦渣粉的摻量可高達30％～50％，甚至60％～70％。
我國目前每年減水劑的生產(chǎn)量為300萬噸左右。單從摻減水劑降低混凝土單位水泥用量的效益，就可見一斑。按照減水劑摻量為水泥用量的0.6％、水泥用量減少15％計算，我國每年僅減水劑的使用就減少了1.12億噸水泥用量，這相當(dāng)于每年減少1.1億噸的碳排放。
5.大大改善了混凝土的耐久性，減少了修補和重建所消耗的原材料。
東海大橋、杭州灣大橋結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計基準(zhǔn)壽命為100年，這比30年和50年壽命的結(jié)構(gòu)物壽命分別延長3倍和2倍，將減少2倍和1倍的重建材料。
6.利用超早強作用節(jié)約了預(yù)制混凝土的養(yǎng)護能耗。
預(yù)制混凝土耗能最大的環(huán)節(jié)就是蒸養(yǎng)和蒸壓養(yǎng)護。采用具有高減水效果的早強減水劑，可以大幅度提高預(yù)制混凝土的早期強度發(fā)展速率，從而免去了蒸養(yǎng)甚至蒸壓養(yǎng)護環(huán)節(jié)，節(jié)能效果十分明顯。
7.合理改善混凝土性能，實現(xiàn)混凝土拌合物的全商品化供應(yīng)。
混凝土能實現(xiàn)商品化，減水劑和泵送劑產(chǎn)品功不可沒。為滿足各種具體的工程，人們相繼開發(fā)研制了緩凝型、早強型、防水型、膨脹型、防凍型泵送劑等，為具有不同性能和功能的商品泵送混凝土的生產(chǎn)提供了重要的外加劑品種的保證。
二、混凝土外加劑的現(xiàn)狀及其發(fā)展方向
1.標(biāo)準(zhǔn)和品種
混凝土外加劑的應(yīng)用對于混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展具有決定性的作用。目前，我國已經(jīng)建立了較完善的外加劑標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其中涉及到22個外加劑品種。除此之外，還有一些新開發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品，尚無國家和部頒的標(biāo)準(zhǔn)，如混凝土減縮劑、水下抗分散混凝土外加劑、混凝土保水劑、混凝土內(nèi)養(yǎng)護劑等。
2.產(chǎn)量及組成
我國混凝土外加劑從20世紀(jì)50年代的木質(zhì)素磺酸鹽減水劑的生產(chǎn)開始，直到1980年的萘系高效減水劑的投產(chǎn)，產(chǎn)量一直很低。混凝土外加劑產(chǎn)量真正增加是從1995年開始的，但由于當(dāng)時全國大部分地區(qū)的混凝土仍以現(xiàn)場攪拌為主，到1998年時，減水劑的總產(chǎn)量只有19.38萬噸。而自l998年開始，產(chǎn)量增幅加大，2003年產(chǎn)量73萬噸，比1998年增加265%；2005年產(chǎn)量達到111萬噸，比2003年增加52％。2007年外加劑總產(chǎn)量達到 424.79萬噸，其中合成減水劑達到284.54萬噸，比2005年增加156％。
2007年~2009年，是我國混凝土大發(fā)展時期。 2009年，全國混凝土外加劑總產(chǎn)量高達722.52萬噸，比2007年增長70.1％。2009 年，全國合成減水劑總產(chǎn)量為484.68萬噸，比2007年增長70.3％。2009年，雖然聚羧酸系減水劑的產(chǎn)量比2007年增加206.1％，但在合成減水劑中，各種高效減水劑的比例仍高達67％，聚羧酸系高性能減水劑占26%，木質(zhì)素減水劑占7％。
3.技術(shù)水平及發(fā)展趨勢
當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟的騰飛和大型工程的建設(shè)，大體積、高泵程的混凝土施工工程越來越多地擺在面前?；炷恋纳唐坊瘎t對摻高效減水劑混凝土的流動性保持性提出了更高要求。而更多的設(shè)計基準(zhǔn)期為100年，甚至是300年的混凝土工程則對加大礦物摻合料比例、降低水膠比有明確的要求，聚羧酸系減水劑在這樣的背景下，發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
然而，為更好地從根本上改善混凝土性能，最大限度地節(jié)約水泥用量、增加水泥使用效能，為混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展提供更強有力的技術(shù)保證，混凝土外加劑不論在品種、產(chǎn)量還是自身環(huán)保性方面，都需邁上新的臺階。筆者認(rèn)為，今后的工作重點在于以下幾個方面：
1）正確評價木質(zhì)素磺酸鹽減水劑的技術(shù)特性，在實際工程中加強對木質(zhì)素磺酸鹽減水劑及其復(fù)合外加劑特性的再認(rèn)識，揚長避短，拓展木質(zhì)素磺酸鹽減水劑的工程應(yīng)用范圍。
2）加強聚羧酸系高性能減水劑合成工藝和應(yīng)用技術(shù)的研究，尤其是具有高減水率、高保塑及高減水、高早強兩種聚羧酸系減水劑母體的研究，并探討聚羧酸系減水劑與其他傳統(tǒng)減水劑復(fù)合使用的可能性。
3）繼續(xù)研究解決新拌混凝土坍落度損失的控制問題。實際上，對于任何減水型外加劑，摻加后都存在坍落度經(jīng)時損失的問題。
4）尋求解決混凝土外加劑與水泥／摻合料的適應(yīng)性問題的有效措施?；炷客饧觿?yīng)用范圍越廣，混凝土外加劑與水泥／摻合料的適應(yīng)性問題就越突出。必須加強基礎(chǔ)研究，找尋普適性的規(guī)律。
5）針對摻外加劑混凝土耐久性（包括開裂）問題開展系列研究。降低摻減水劑混凝土的收縮開裂問題已成為研究熱點之一。必須建立可信的試驗方法，找尋摻各種減水劑的混凝土的變形與強度發(fā)展之間的關(guān)系。再者，在減水劑中復(fù)合減縮劑或在減水劑分子上接枝減縮基團，都是避免摻外加劑混凝土開裂的有效措施。
6）無氯、低堿型外加劑的開發(fā)研制，以及無害、利廢、清潔化生產(chǎn)技術(shù)的研究必須始終貫徹于外加劑發(fā)展整個過程中。
7）關(guān)注萘系高效減水劑脫硫渣在混凝土外加劑中的綜合利用問題，進行消化。同時，應(yīng)進一步研究更多類似的工業(yè)固體廢渣和廢液的利用。
