我国外加剂现状 JM - PCA( I) 砼超塑化剂介绍

 

　　砼减水剂的应用最初是从利用工业废料开始的，如木质素磺酸盐、糖钙等普通减水剂。1962 年日本花王石碱公司服部健一等人首先研制成功β- 萘磺酸甲醛缩合物高效减水剂（商品名Mighty） ，引起了国际建筑行业的重视，1964 年联邦德国成功研制了以阴离子型水溶性聚合物（ 即三聚氰胺甲醛树脂， 商品名Melment） 高效减水剂，标志着砼技术由干硬性或塑性时代进入高流动性时代，砼超塑化剂的广泛应用取得了良好的经济和社会效益，促进了砼发展史上第三次重大技术突破。目前普遍使用超塑化剂主要种类有：

 

　　①  萘磺酸盐甲醛缩合物（FDN） ，

　　②  多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物，

　　③  三聚氰胺甲醛缩合物（SMF） ，

　　④  氨基磺酸盐减水剂（AS） ，

　　⑤  脂肪族羟基磺酸盐减水剂，

　　⑥  羧酸类接枝共聚物类。

 

　　其中前5 类都属于传统的磺酸盐系超塑化剂，基本上都是利用增加 δ 电位来提高其分散性，第6 类是目前最新型的一类超塑化剂，主要利用空间位阻效应提供良好的分散性能，是目前世界建筑业的研究热点。

 

　　国内外的实践证明，应用化学外加剂尤其是超塑化剂是砼技术进步的主要途径，已成为配制砼必不可少的第五组份材料，挪威、日本和澳大利亚等国100 %砼都掺加外加剂，美国、苏联等国50 %～80 %的砼中使用外加剂，我国外加剂的研究发展缓慢，到七十年代才被重视。

 

　　目前我国水泥的年产量已突破9 亿t ，但掺外加剂的砼不足30 % ，按照发达国家外加剂的发展轨迹看，我国砼外加剂市场是十分巨大的。据协会统计，国内目前市场上高效减水剂萘系占83 % ，氨基磺酸系占10 % ， 而聚羧酸仅占1.7 % ，而传统萘系减水剂优于性能的缺陷也远远不能满足工程应用的需要。

 

 

　　传统超塑化剂主要是以静电排斥理论（DLVO） 为基础，通过提高水泥颗粒表面的 δ 电位来提高其分散性能的外加剂。这类缩聚型外加剂虽然具有良好的分散性，但坍落度经时变化大，一般通过多次添加法、后掺法、与缓凝剂复合使用法来加以解决，但由于操作上的复杂性，引起砼性能和质量的不稳定；而且这种类型的超塑化剂大多采用强刺激性味的甲醛为原料进行缩聚反应，磺化过程一般都采用强腐蚀性的发烟硫酸或浓硫酸进行，不利于可持续发展。目前欧洲国家已经明确禁止生产这类外加剂，甚至在很多场合已经不再允许使用含甲醛的外加剂。此外由于受分子结构本身和机理方面的制约，坍损问题无法从根本上解决，性能也不可能有很大的提高。

 

　　综上所述，传统的磺酸盐系超塑化剂主要存在如下问题：

　　①　砼坍落度经时损失大；

　　②　生产过程不利于环保；

　　③　由于受到作用机理方面的限制，性能不可能有大的提高。

　　④　泌水率大、增大砼的收缩；

　　⑤　水泥适应性差，减水率偏低。

 

 

　　传统的磺化芳香族聚合物减水剂由于无法从根本上解决坍损问题和环境污染问题，于是研究者们把目光转向了羧酸类聚合物———称之为第三代新型聚合物减水剂，并取得了很大的成果。据文献报道，聚羧酸类超塑化剂与其它超塑化剂相比，主要具有以下几个突出的优点：

 

　　①   低掺量（0. 2～0.5 %） 而发挥高的分散性能；

　　②   流动性保持能力强，90min 内坍落度基本无损失；

　　③   分子结构上自由度大，外加剂制造技术上可控制的参数多，高性能化的潜力大；

　　④   由于在合成中不使用强刺激性物质甲醛和浓硫酸，因而对环境不造成任何污染：

　　⑤　可以大幅度提高矿物掺合料在砼中的掺量。

 

　　日本是研究和应用羧酸系接枝共聚物最多也是最成功的国家，外加剂的研究基本上转向了研究聚羧酸系，至1998 年底日本聚羧酸系已占所有高性能AE 减水剂产品总数的60 %以上。北美和欧洲各国则着眼于聚羧酸系的优越性能，近几年的研究重心也逐步向聚羧酸系转移———主要是商业化开发和推广，而国内清华大学、北京大学、同济大学、华中科技大学、山东建材学院、江苏省建筑科学研究院、上海市建筑科学研究院以及北京市建筑材料科学研究院等都在进行研究，但真正进入工业化生产的目前只有江苏省建筑科学研究院和上海市建筑科学研究院。

 

 

　　聚羧酸外加剂与传统萘系外加剂生产工艺流程比较如图3 - 1 和图3 - 2 所示，传统萘系减水剂采用有刺激性味的甲醛为原料进行缩聚反应，磺化过程一般都采用强腐蚀性的发烟硫酸或浓硫酸进行，这不可避免会对生产工人和周围环境造成不利影响，并且还会产生大量废渣、排放大量废液，不利于可持续发展。而聚羧酸外加剂采用原料基本上都是石油化工产品，不采用有强刺激性味的甲醛和带有腐蚀性的强碱和强酸。