混凝土外加剂及其应用技术的新进展

　　我国混凝土外加剂的研究和应用始于1950年，由于当时条件的限制，在相当长的时期内，混凝土外加剂发展比较缓慢，上世纪50~60年代是我国外加剂开始起步的初级阶段。随后进入60年代中后期，持续10年之久的“文革动乱”导致了我国混凝土外加剂多年处于停滞阶段，直到1970年才重新开始了对外加剂的研究、生产和应用。接下来的80年代是我国外加剂发展较活跃时期，当时外加剂品种不太多，而且多数产品还未进入复合阶段，大都是单一组成。这个时期全国大概只有5%的水泥掺用外加剂。进入90年代我国混凝土外加剂无论品种、牌号、产量、质量，以及应用技术水平等都有了显著的提高和发展，是以往任何时期不能相提并论的，也就是说20世纪最后10年是我国混凝土外加剂迅速发展的飞跃阶段。

　　迈入21世纪，外加剂的发展更是突飞猛进，外加剂的理论研究与应用技术水平，已经大大缩小了我国与先进国家的差距，甚至某些研究水平已接近、达到或超过国际水平。目前掺外加剂的混凝土量占我国混凝土总量的40%~45%左右，主要集中在大中城市或一些大中型建设工程中，并且随着建设工程量的不断增加而持续快速发展。

　　近年来，我国国民经济发展迅速，促进了建筑行业的快速发展，从而带动混凝土外加剂用量逐年增加。特别是在目前的全球性经济危机形势下，从中央到地方，增加基础建设投资力度，力求拉动内需，以减少经济危机造成的危害。据统计，近期我国有近数十个省会城市包括直辖市已经对未来几年将要修建城市轨道交通进行了规划，在全国范围内还将修建数百个机场，沿海地区正在建设24个核电机组，另外还有很多的水电站等工程在建或待建，其建筑工程量空前，外加剂行业的市场潜力巨大。

　　鉴于全球可持续发展的战略要求，混凝土高性能化成为科研和工程技术人员所普遍接受的观点，并成为保持混凝土行业可持续发展的主要阶段。作为高性能混凝土必不可少的组成部分，混凝土外加剂的质量要求也相应提高了，如高减水率、高适应能力、高坍落度保持能力、低收缩、无氯离子及低碱含量等，并且某些特殊工程还要求配制具有特殊性能的外加剂。这促进了混凝土外加剂行业整体技术水平的发展，特别是新一代聚羧酸系高性能减水剂的研发成功与大规模应用，已经成为近年来我国混凝土材料领域的热点。由于聚羧酸系高性能减水剂生产工艺比萘系简单，投资比萘系少，属于环保产品，在性能上具有明显的综合优势，具有较好的技术经济效益和社会效益，因此改变了我国混凝土化学外加剂行业的格局，使我国混凝土外加剂行业逐渐由以萘系高效减水剂为基础的混凝土外加剂体系向以聚羧酸系高性能减水剂为基础的体系转变。

　　可见，我国混凝土外加剂的整体发展趋势是向上的，并且在不断地迅速扩展延伸。

　　聚羧酸系高性能减水剂生产、应用技术趋于成熟

　　与萘系等第二代高效减水剂相比，国内外最新一代聚羧酸系高性能减水剂，它的综合技术性能优势和它自身的环保特点，已得到业内人士及使用单位的认可。

　　事实上，聚羧酸系高性能减水剂在我国的研制开发与推广应用由于我国高速铁路网工程的需求，其发展进程比人们预期的要快得多，它无疑将成为今后混凝土外加剂主流技术的发展方向，这是大势所趋。聚羧酸系高性能减水剂的推广应用，是提高我国现代混凝土技术总体水平、提高我国混凝土总体质量的必然要求，对于提高我国混凝土耐久性，进而提高我国建设工程的服务年限，对于建立节能、节材、节地的节约性社会和环境保护等都具有重要意义。

　　近两年来，我国聚乙二醇单甲醚、烯丙基聚乙二醇（统简称为聚醚）等生产、供应规模不断发展。到目前为止，国内聚醚生产厂家，如辽阳奥克化学集团有限公司、辽宁科隆精细化工股份有限公司、上海台界化工有限公司、浙江皇马化工集团有限公司等已形成较大工业化生产规模。聚醚产品的质量基本与国外产品水平相差无几，已在国内得到广泛的应用。

　　聚醚是聚羧酸系高性能减水剂的主要原材料之一，近两年来国内外的聚醚生产厂家都在全力开发产品、开拓市场，生产供应能力显著提高，可以说国内原材料生产供应体系已经建立，未来几年我国聚羧酸系高性能减水剂的发展已经具备了雄厚的原材料基础。聚羧酸系高性能减水剂的另一主要原材料是甲基丙烯酸和丙烯酸，目前，国内的有关生产厂家正在提高质量、扩大规模，将会满足市场部分需求。

　　另外，从目前的生产实践来看，用于聚羧酸系高性能减水剂的其他单体与辅助原材料也完全可以立足国内。

　　随着酯化技术水平的提高与发展，国内一些外加剂厂家逐渐掌握醚类单体酯化技术，从而进一步降低聚羧酸系高性能减水剂的生产成本。醚类不饱和单体已基本成熟，并在工程中得到应用。由于采用该类单体制备的聚羧酸系高性能减水剂成本相对较低，更加容易为施工单位所接受。同时，合成工艺相对酯类聚羧酸系高性能减水剂较为简单。这也使得聚羧酸系高性能减水剂在工业民用建筑中得到一定的推广，并且该趋势在逐渐加大。在工业萘价格长期居高不下的情况下，这种趋势表现得更加突出。这为聚羧酸系高性能减水剂成为我国混凝土外加剂行业主导产品打下了基础。

　　我国混凝土外加剂的复配技术是世界上最先进、最完善的。近几年，伴随聚羧酸系高性能减水剂的发展，其复配技术的发展也可谓突飞猛进、日新月异，为聚羧酸系高性能减水剂的推广与应用起到了积极作用。

　　在聚羧酸系高性能减水剂得以广泛应用的过程中，几乎很少有聚羧酸系高性能减水剂产品未经复配而直接应用到混凝土工程的实例，外加剂供应商和混凝土供应商大都根据施工要求、混凝土性能要求及其设计要求，采用物理复配的方式，选择相容性较好的消泡剂，引气剂，缓凝、早强、防冻组分或其他相关组分等与聚羧酸系高性能减水剂母液混合，通过反复多次现场混凝土性能试验，最终确定用于实际混凝土工程复配好的聚羧酸系高性能减水剂产品配方。事实上，许多生产规模大、技术实力强的外加剂企业或混凝土搅拌站都具备相当的外加剂复配技术，他们部分借鉴、沿用了传统减水剂的复配技术，并在此基础上，进一步结合聚羧酸系高性能减水剂的产品性能特点，研究开发了一系列有效的复配技术，积累并总结了许多应用经验，使我国聚羧酸系高性能减水剂能够顺利、安全应用于高速铁路、港口码头、水电大坝、市政工程等许多重点工程。诸多成功应用复配技术的聚羧酸系高性能减水剂混凝土工程充分证明，采用科学、合理、正确的复配技术，是确保聚羧酸系高性能减水剂健康发展的关键技术之一。我们不难预期，未来几年，随着我国聚羧酸系高性能减水剂技术的不断发展，其复配技术水平也将不断提高与进步。

　　诚然，聚羧酸系高性能减水剂的复配技术尚不成熟，存在不少缺陷。例如，一是聚羧酸系减水剂与不同牌号、不同品种的引气剂、消泡剂，以及早强、缓凝、防冻等组分之间存在相容性问题，表现在物理变化，如悬浮、变色、变味；二是与不同牌号、不同品种的引气剂、消泡剂、增稠剂或缓凝、早强、防冻等组分复配后的聚羧酸系减水剂与水泥之间的相容性也存在差异，这些差异对混凝土相关性能影响也不同，有的不能获得较好的塑化性和引气效果，有的还会出现含气量损失、波动等不稳定的现象，因此继续深入研究并解决聚羧酸系高性能减水剂复配技术是对聚羧酸高性能减水剂应用技术瓶颈的重大突破。[Page]

　　高速铁路客运工程几乎全部使用聚羧酸系高性能减水剂，包括到2006年年底已开工的武广、京津、郑西、石太、合武、甬台温、胶济、达成、温福、福厦等 11条客运专线，其累计总里程约3000公里，还有目前处于开工准备阶段的京沪、太中银、广珠、哈大等4条客运专线，总里程约3000余公里。快速客运专线设计使用年限应满足100年，这正是聚羧酸系高性能减水剂发挥性能优势的极好机会。实践证明，聚羧酸系高性能减水剂对于保证铁路工程建设的进度和质量发挥了十分重要的作用。也正是铁路工程高度重视混凝土耐久性，极大地推动了聚羧酸系高性能减水剂在铁路工程建设中的迅速推广。

　　重大海洋工程对混凝土的耐久性要求很高，在这一领域聚羧酸系高性能减水剂同样显示出独特的技术性能优势。东海大桥、杭州湾跨海大桥等海洋工程在设计中明确提出了百年耐久性的概念，为此，工程建设过程中也使用了聚羧酸系高性能减水剂，经实际测试验证，使用效果良好。

　　南水北调工程是一项大规模、远距离、跨流域、十分复杂、庞大、艰巨的系统工程，所经过区域的地质环境复杂多变，工程要求混凝土具备高抗渗性能、高抗冻性能等性能。

　　北京奥运工程、北京首都国际机场、中央电视台新台址、上海环球金融中心等重点工程同样十分重视混凝土结构的耐久性和施工和易性，也选择了聚羧酸系高性能减水剂作为技术保证措施之一。

　　由此可见，由于聚羧酸系高性能减水剂的综合性能优势，越来越多的工程---不仅仅是铁路、桥梁等重大基础设施建设，也已经推广至重点民用建筑开始主动选择聚羧酸系高性能减水剂，以保证混凝土的综合性能质量。可以相信，随着聚羧酸系高性能减水剂成本的逐步降低，随着聚羧酸系高性能减水剂的应用技术逐步成熟，聚羧酸系高性能减水剂在普通混凝土工程中也将逐渐成为主角。

　　聚羧酸系高性能外加剂的多功能化

　　目前，国内在以萘系高效减水剂为基础的高效减水剂时代向以聚羧酸系高性能减水剂为基础的高性能减水剂时代转变。在高效减水剂时代，通过对萘系高效减水剂的复配技术，可获得泵送剂、泵送型防冻剂、缓凝型减水剂、早强型减水剂、引气型减水剂、促凝型减水剂等符合多种建筑施工的混凝土外加剂。而对于聚羧酸系高性能减水剂，其起步相对较晚，多种类的聚羧酸系高性能外加剂还相对不够成熟。但通过近年来科研和工程技术人员的研究，采用有机合成及复合等方式，制备出早强型聚羧酸系外加剂、保塑型聚羧酸系外加剂、防冻型聚羧酸系外加剂和促凝型聚羧酸系外加剂等。这也是向高性能减水剂时代迈进的重要步骤。然而，需要指出的是这些具有特种性能的聚羧酸系外加剂需要满足高性能外加剂的基本条件，即高减水率和低有害物质含量，以及较低的收缩率。

　　中低性能混凝土外加剂的改性技术

　　萘系高效减水剂仍然是我国使用量最大的高效减水剂。但多数情况下，萘系减水剂有许多缺陷，如坍落度损失大，易离析泌水、混凝土收缩大等，另外生产萘系减水剂的原材料不环保，加之近几年工业萘价格波动较大等因素，人们不得不考虑萘系减水剂的前途问题。从“以市场为导向” 为立足点分析，萘系减水剂的发展前景有二：一是接枝改性；二是逐渐被其他减水剂产品取代。这也是混凝土外加剂的未来发展方向。

　　木质素磺酸盐减水剂属于资源化再利用的环保型外加剂产品，大都是从造纸工业废弃液的副产品---纸浆废液中提取，并经过化学处理而成。由于它的环保特性，在国外被广泛使用，韩国每年从中国进口6万吨液体木质素磺酸盐，而美国、英国、日本、欧洲等发达国家也都从中国大量进口木质素磺酸盐。木质素磺酸盐在我国长期被用作普通减水剂或复合减水剂的原料使用，由于它自身存在一些缺陷，如引气量大、减水率不理想、缓凝作用等原因，在我国使用量并不多，使用面也不广。今后应正确评价其技术特性，提倡利用化学改性的方法，降低其引气量，提高减水率，提高强度增长率，使改性后的木质素磺酸盐减水剂满足混凝土施工和混凝土质量的更高要求，并在实际工程中拓展木质素磺酸盐减水剂的工程应用范围。[Page]

　　混凝土外加剂标准规范体系逐步完善

　　混凝土外加剂的特点是品种多、掺量小、作用大，它对混凝土性能的改善有着至关重要的影响，外加剂与混凝土的关系又是相辅相成、相互依存的。因此它的质量控制、品种的选择、应用技术等相比其他工程材料更为重要。20多年来我国先后制定、修订了一系列混凝土外加剂和外加剂应用技术标准规范。我们必须正确评价这些标准规范在我国建筑业发展的不同时期、不同条件下所产生的积极影响和重要作用，使我国外加剂产品有了统一的质量标准，规范了外加剂的工程应用，也促进了我国混凝土技术的发展。进入21世纪以来，由于外加剂新产品、新技术的涌现，以及外加剂的广泛应用和普及，我国混凝土外加剂标准规范也随之不断地进行制定、修订，并且在制定与修订中，尽可能使标准规范具有科学性、合理性和具有可操作性。真正有效促进了外加剂新产品、新技术的开发与推广应用，基本满足了外加剂行业快速发展的需要，同时促进了混凝土技术的发展与进步，这是一个不争的事实。

　　不过还有一些不尽人意的状况，由于我国外加剂标准规范修订周期过长，导致现行规范凸显诸多缺陷，并滞后于技术的进步。众所周知，我国外加剂种类繁多、技术指标差异大、外加剂配方相互保密，产品质量容易波动或不稳定，加之水泥、砂石、掺合料等质量状况不佳，因此，混凝土外加剂是在施工应用过程中极容易出现各种问题的一种特殊性工程材料，其中最典型和常见的热点与难点问题是：外加剂与水泥的适应性问题，新拌外加剂混凝土坍落度损失问题，因外加剂引起的混凝土泌水、离析的问题（另外还存在滞后泌水的问题），硬化混凝土表面蜂窝麻面及干缩开裂等一系列问题。另外，如果发生错误计量、错误掺入外加剂导致混凝土产生的假凝、缓凝、强度倒缩等现象，还存在冬季施工混凝土早期强度过低等问题，这些问题都是目前工程施工当中普遍存在的问题，也是施工人员最为困扰，并难以解决的实际问题。

　　目前，由中国建筑科学研究院主编的国家标准《混外加剂应用技术规范》GB50119-2003正在修订之中，本次修订的原则是要考虑我国国情，充分吸纳采用先进技术，淘汰落后技术，确保满足掺外加剂混凝土的施工要求，确保混凝土的施工质量；充分考虑外加剂及其混凝土质量检验及验收项目与方法的可操作性与实用性；充分考虑与国际先进标准接轨，并与我国相关标准相协调，避免冲突或重复矛盾。

　　混凝土外加剂的绿色化生产

　　社会的可持续发展已成为世界各国共同追求的发展战略目标。为适应这一战略要求，建筑工程及其用于其中的建筑材料将朝着绿色、环保、节约资源和能源的方向发展，不适应时代发展需要的落后产品和落后技术将被淘汰，取而代之的是符合可持续发展需要的新产品和新技术。

　　混凝土外加剂作为一种化学建材，该材料在生产过程中常采用多种有机和无机物质，如甲醛、萘、三聚氰胺、丙酮，以及浓硫酸等。而在我国，普遍存在外加剂企业规模较小、工业生产操作不规范、生产设备简陋和管理人员环保及安全意识淡薄等问题。这使得混凝土化学外加剂的生产对环境造成一定的污染，特别是对操作工人身体健康危害较大。

　　近年来，传统磺酸盐类减水剂的生产逐渐向规模化发展，产能较大的外加剂企业不断涌现，相应地，企业设备较为完备且趋向先进化，操作逐渐规范化，这使得一些外加剂生产厂家的生产过程较为清洁。另外，聚羧酸系高性能减水剂的产业化，以及该剂种的迅速推广，使得我国混凝土外加剂的绿色化生产成为趋势。

　　混凝土外加剂厂家自动化设备的建设与设备自动化改造

　　长期以来，我国混凝土外加剂企业规模较小，设备投资力度不足，常采用人工对反应过程和复配过程进行控制，这对工人的素质要求较高，并需要工人具有较强的责任心，反之则造成产品品质的不稳定，甚至产生不合格产品等问题。进入21世纪以来，企业基础建设投资力度的增加，使得外加剂行业得到迅速发展，新的外加剂企业不断投入建设生产，正在生产的企业不断扩大规模。其中一些新建厂家要求有全自动化或半自动化设备对整个外加剂生产线进行控制，已经投产的企业出于对产品品质的有效控制及产能的提高，要求对现有设备进行自动化改造。

　　混凝土外加剂质量服务体系的建设

　　混凝土外加剂行业的进入门槛相对较低，包括资金进入门槛和技术门槛。这使得一些技术力量薄弱和投资额度较小的企业容易进入该行业。长期以来，形成技术力量和资金雄厚的企业与较为落后的小型或微型企业相互交杂的局面，可谓鱼龙混杂。但对一个真正追求快速发展、追求前途光明的企业而言，其必须保证的是所生产的外加剂产品性能的优异及售后技术服务人员水平的良好，否则难以保证施工的质量，特别是面对施工现场复杂多变的各种影响因素和突发问题，如泌水离析和坍落度损失大等问题，并且将难以对应日益发展的混凝土技术和混凝土外加剂技术，特别是聚羧酸系高性能减水剂体系的应用。

　　近几年，行业注重了加强对生产技术人员和售后技术服务人员的技术培训，这是提高我国混凝土外加剂行业整体水平的重要措施，特别是在现今国内基础设施建设大规模展开的情况下。这些工程对混凝土的质量要求比较高，相对而言，对混凝土外加剂的性能要求也较高。例如，我国高速客运专线建设对混凝土外加剂的要求达到了较高的水平，聚羧酸系高性能减水剂成为首选产品，并几乎成为唯一符合要求的产品。混凝土材料行业水平的提高必然要求混凝土外加剂行业的产品质量及应用技术服务水平提高，这样才能确保外加剂的正确使用和建设工程的质量。

　　近年来，我国混凝土外加剂领域发生了革命性的变化，新的技术、新的产品及新设备等不断涌现，以聚羧酸系高性能减水剂为代表的绿色高性能外加剂得到广泛的应用，其生产应用技术不断趋向成熟；中低性能混凝土外加剂开展了改性研究；标准规范趋向完善全面；混凝土外加剂的绿色化生产和设备的自动化以及混凝土外加剂质量服务体系的建设将成为发展的趋势。

　　作者：郭京育 左彦峰 薛庆