萘系高效减水剂发展趋势及对工业萘的需求分析

　　近30年来，随着国内外水泥混凝土材料科学水平的提高，以及结构物（构筑物）向高强化、大型化、巨量化、功能化、施工工艺复杂化、绿色化等方向发展，混凝土外加剂技术取得长足进步，我国已经颁布的外加剂标准涵盖了近20个外加剂品种。本世纪初开始，我国开始生产使用聚羧酸系减水剂，但萘系减水剂仍被大量单独使用，而且广泛应用于其他品种外加剂的复配生产。萘系减水剂在减水剂家族中占有十分特殊和重要的地位，在今后相当长的时间内，这种特殊和重要的地位不会被动摇。

　　当前我国预拌混凝土和预制混凝土的总量只占混凝土产量的30％，除了这类混凝土中全部使用外加剂外，其他大约20％的工地现拌混凝土也采用外加剂，这样算来，我国目前只有50%的混凝土掺加外加剂，而发达国家这一比例高达80%～90%。此外，基础设施建设和急速的城市化发展，使得我国水泥产量和混凝土的需求量迅速增长。从这两点来看，我国混凝土外加剂的需求量和产量将大幅度提高。因此，煤化工和石油化工的下游副产品工业萘，作为混凝土外加剂产品之一的萘系减水剂的上游原材料，将会迎来一个更加灿烂的明天。

　　一、外加剂对混凝土材料可持续发展和节能减排的重要作用

　　混凝土外加剂的使用对混凝土材料可持续发展、节能减排和低碳经济的发展已经起到了不可替代的作用，并且将来会起到更巨大的作用。

　　20世纪80年代，高性能混凝土概念的提出和研究应用热潮的兴起，以及随后绿色高性能混凝土概念的深化，都源自于各种混凝土外加剂的研制和成功应用。

　　单从技术角度看，掺加外加剂可以为混凝土带来以下好处：1）按要求改善混凝土的力学性能（增强、早强、缓凝、速凝等）。2）按要求改善混凝土的施工性（大流动性、自流平、自填充、水下浇筑性、可喷射施工等）。3）提高混凝土的耐久性，延长结构物使用寿命。4）加快工程进度，缩短工期，加速模板周转。 5）节约水泥，节省成本和造价等。

　　归纳起来，混凝土外加剂对混凝土材料的可持续发展有以下推动作用，并起到良好的保证作用。

　　1.混凝土外加剂的生产本身利用了大量的工业废液、固体废弃物。

　　木质素磺酸盐减水剂原材料采用纸浆废液，生产工艺简单，是帮助纸浆企业消化处理纸浆废液、降低河道污染、保护环境的一种重要的环保产品。生产1吨木质素磺酸盐减水剂，能帮助企业处理2.5吨浓度为40％左右的纸浆废液，相应地降低了纸浆企业废液排放对江河的化学污染。

　　早强剂、速凝剂、泵送剂、防水剂、缓凝剂、缓凝减水剂等的生产过程中都可能会用到工业废液、固体废弃物。

　　2.混凝土外加剂的应用改善了混凝土的流动性，降低了施工能耗。

　　减水剂的成功应用，使大流动性混凝土的配制成为可能，大大降低了振实能耗。近年发展起来的自流平、自密实混凝土不需振动或稍加振动就可以密实，而且可用来浇筑复杂、薄壁结构。

　　3.使混凝土高强化，减小了结构尺寸。

　　目前，由于高效减水剂、高性能减水剂的应用，C60～C80混凝土，甚至C100混凝土也在实际工程中应用。相比较于减水剂出现前的C20～C30混凝土，结构尺寸大大降低，相当于减少了水泥混凝土的原材料消耗。

　　4.减少了水泥用量，并消耗大量粉煤灰、矿渣粉等工业固体废渣，大幅度降低了混凝土材料的碳排放量。

　　正是减水剂和各种其他外加剂的成功应用，使混凝土中的水泥用量从过去普遍的300kg／m³～600kg／m³，降低到目前的130kg／m³～350kg／m³，而粉煤灰、矿渣粉的掺量可高达30％～50％，甚至60％～70％。

　　我国目前每年减水剂的生产量为300万吨左右。单从掺减水剂降低混凝土单位水泥用量的效益，就可见一斑。按照减水剂掺量为水泥用量的0.6％、水泥用量减少15％计算，我国每年仅减水剂的使用就减少了1.12亿吨水泥用量，这相当于每年减少1.1亿吨的碳排放。

　　5.大大改善了混凝土的耐久性，减少了修补和重建所消耗的原材料。

　　东海大桥、杭州湾大桥结构混凝土设计基准寿命为100年，这比30年和50年寿命的结构物寿命分别延长3倍和2倍，将减少2倍和1倍的重建材料。[Page]

　　6.利用超早强作用节约了预制混凝土的养护能耗。

　　预制混凝土耗能最大的环节就是蒸养和蒸压养护。采用具有高减水效果的早强减水剂，可以大幅度提高预制混凝土的早期强度发展速率，从而免去了蒸养甚至蒸压养护环节，节能效果十分明显。

　　7.合理改善混凝土性能，实现混凝土拌合物的全商品化供应。

　　混凝土能实现商品化，减水剂和泵送剂产品功不可没。为满足各种具体的工程，人们相继开发研制了缓凝型、早强型、防水型、膨胀型、防冻型泵送剂等，为具有不同性能和功能的商品泵送混凝土的生产提供了重要的外加剂品种的保证。

　　二、混凝土外加剂的现状及其发展方向

　　1.标准和品种

　　混凝土外加剂的应用对于混凝土材料的可持续发展具有决定性的作用。目前，我国已经建立了较完善的外加剂标准和规范，其中涉及到22个外加剂品种。除此之外，还有一些新开发生产的产品，尚无国家和部颁的标准，如混凝土减缩剂、水下抗分散混凝土外加剂、混凝土保水剂、混凝土内养护剂等。

　　2.产量及组成

　　我国混凝土外加剂从20世纪50年代的木质素磺酸盐减水剂的生产开始，直到1980年的萘系高效减水剂的投产，产量一直很低。混凝土外加剂产量真正增加是从1995年开始的，但由于当时全国大部分地区的混凝土仍以现场搅拌为主，到1998年时，减水剂的总产量只有19.38万吨。而自l998年开始，产量增幅加大，2003年产量73万吨，比1998年增加265%；2005年产量达到111万吨，比2003年增加52％。2007年外加剂总产量达到 424.79万吨，其中合成减水剂达到284.54万吨，比2005年增加156％。

　　2007年~2009年，是我国混凝土大发展时期。2009年，全国混凝土外加剂总产量高达722.52万吨，比2007年增长70.1％。2009 年，全国合成减水剂总产量为484.68万吨，比2007年增长70.3％。2009年，虽然聚羧酸系减水剂的产量比2007年增加206.1％，但在合成减水剂中，各种高效减水剂的比例仍高达67％，聚羧酸系高性能减水剂占26%，木质素减水剂占7％。

　　3.技术水平及发展趋势

　　当前，随着我国经济的腾飞和大型工程的建设，大体积、高泵程的混凝土施工工程越来越多地摆在面前。混凝土的商品化则对掺高效减水剂混凝土的流动性保持性提出了更高要求。而更多的设计基准期为100年，甚至是300年的混凝土工程则对加大矿物掺合料比例、降低水胶比有明确的要求，聚羧酸系减水剂在这样的背景下，发挥了关键作用。

　　然而，为更好地从根本上改善混凝土性能，最大限度地节约水泥用量、增加水泥使用效能，为混凝土材料的可持续发展提供更强有力的技术保证，混凝土外加剂不论在品种、产量还是自身环保性方面，都需迈上新的台阶。笔者认为，今后的工作重点在于以下几个方面：

　　1）正确评价木质素磺酸盐减水剂的技术特性，在实际工程中加强对木质素磺酸盐减水剂及其复合外加剂特性的再认识，扬长避短，拓展木质素磺酸盐减水剂的工程应用范围。

　　2）加强聚羧酸系高性能减水剂合成工艺和应用技术的研究，尤其是具有高减水率、高保塑及高减水、高早强两种聚羧酸系减水剂母体的研究，并探讨聚羧酸系减水剂与其他传统减水剂复合使用的可能性。

　　3）继续研究解决新拌混凝土坍落度损失的控制问题。实际上，对于任何减水型外加剂，掺加后都存在坍落度经时损失的问题。

　　4）寻求解决混凝土外加剂与水泥／掺合料的适应性问题的有效措施。混凝士外加剂应用范围越广，混凝土外加剂与水泥／掺合料的适应性问题就越突出。必须加强基础研究，找寻普适性的规律。

　　5）针对掺外加剂混凝土耐久性（包括开裂）问题开展系列研究。降低掺减水剂混凝土的收缩开裂问题已成为研究热点之一。必须建立可信的试验方法，找寻掺各种减水剂的混凝土的变形与强度发展之间的关系。再者，在减水剂中复合减缩剂或在减水剂分子上接枝减缩基团，都是避免掺外加剂混凝土开裂的有效措施。

　　6）无氯、低碱型外加剂的开发研制，以及无害、利废、清洁化生产技术的研究必须始终贯彻于外加剂发展整个过程中。

　　7）关注萘系高效减水剂脱硫渣在混凝土外加剂中的综合利用问题，进行消化。同时，应进一步研究更多类似的工业固体废渣和废液的利用。[Page]

　　三、萘系高效减水剂的发展趋势及对今后萘系减水剂产量的预测

　　1.混凝土减水剂的品种

　　按照标准，混凝土减水剂分为普通减水剂、高效减水剂和高性能减水剂。普通减水剂是指减水率为8％～14％的减水剂，主要指木质素磺酸盐减水剂；高效减水剂指减水率在14%以上和25％以下的减水剂，包括萘系减水剂、蒽系减水剂、洗油系减水剂、脂肪族减水剂、密胺系减水剂和氨基磺酸减水剂；高性能减水剂则指减水率为25％以上的减水剂，主要指聚羧酸系减水剂。

　　在减水剂家族中，高效减水剂约占67％，而在几种高效减水剂中，以工业萘、蒽油和洗油为原材料的减水剂就占到83.95％，从这一点来看，只要高效减水剂在减水剂家族中所占比例不动摇，萘系减水剂仍大有发展潜力。

　　2.近期萘系减水剂的发展

　　预测2010年及以后几年内混凝土外加剂的发展，首先要根据国家有关政策和规划，分析今后的混凝土需求量及混凝土商品化的增长情况。此外，外加剂的出口也是影响我国减水剂发展的一项潜在因素。

　　国内市场。我国4万亿元经济复苏的政策，及适度调整货币政策，下调存款准备金和存贷款利率，提高部分商品出口退税、减免房地产交易税费、降低房贷利率及购房首付比等措施带动了全行业的快速发展。4万亿元政策中几乎有80％以上涉及建材业，建材业无疑是措施中受益最大、最直接的行业。据估算，近两年国家投在基础设施、民生工程、生态环境和灾后重建等方面的资金，每年要超过2万亿元，其中主要是投向铁路、公路、机场、港口、城市轨道交通和能源等领域。这无疑为外加剂开辟了巨大的市场。另外，2010年国家还鼓励农村盖房，提出“建材下乡”的口号。灾后重建任务仍将十分紧迫。

　　基于此，单以目前的外加剂应用程度来说，若2010水泥用量比2009年增加1亿吨，则萘系减水剂产量将比2009年增加5.6％。考虑到2010年中国散装水泥使用率将从2009年的49％增加到55％（这样才能完成“十一五”规划的目标），这其中，混凝土商品化的贡献率为4％（尚有砂浆商品化2％的贡献率），萘系减水剂将有4％的增幅。这样两项合计，粗略估算下来，单就国内市场需求来说，萘系减水剂的增量为10％，也就是从2009年的266.4 万吨增加到2010年的293万吨。2010年以后，萘系减水剂的需求量仍将以每年10万～30万吨的量递增。

　　国外市场。经国务院批准，根据财税[2009]43号文件《关于提高轻纺电子信息等商品出口退税率的通知》规定，自2009年4月1日起提高部分商品的出口退税率。高效减水剂出口退税率增至13％。

　　实际上，根据我国海关总署的统计，2008年我国共出口水泥、灰泥和混凝土添加剂达32.94万吨，比2007年增长50％，同时出口创汇达1.47 亿美元，同比增长72％。出口60多个国家，以亚洲为主，其中阿拉伯联合酋长国位居第一，沙特阿拉伯位居第二，美国、日本也占有很大比例。在我国外加剂企业中，浙江五龙位居出口排行榜第一，占出口总量的12.62％，出口创汇占总出口收入的25.21％。相对2007年，浙江五龙出口量同比增长 74.2%，出口创汇更是翻了一番。需要说明的是，我国出口外加剂除了部分为木质素磺酸盐外，其他主要是萘系减水剂。

　　根据国家海关总署最新统计的出口数据显示，截至2009年l2月我国高效减水剂累计出口总量为12.48万吨，较2008年同期相比减少11.23万吨，下降了47.36％，实现出口创汇总额为8970.58万美元，同比减少38.16％，同比下降幅度有所减少。出口量减少的主要原因是中东、东南亚及北美洲、欧洲的经济危机所致。有资料显示，2009年年底，金融危机基本探底复苏，相信2010年出口量会有所增加。笔者暂且按照15万吨计算，2010 年的萘系减水剂与2009年相比，增幅将在8％左右。也就是说，从2009年的266.4万吨增加到2010年的287.7万吨。

　　四、萘系高效减水剂生产对工业萘的需求

　　1.萘系高效减水剂的生产工艺

　　萘系高效减水剂一般是用工业萘为原料生产的。生产工艺为：萘经过磺化、水解、缩合、中和和过滤，最终到液体产品，若进一步喷雾干燥则成为粉状产品。

　　2.萘系减水剂生产对工业萘的需求

　　资料显示，近几年我国工业萘消费量逐年增长，2000年表观消费量约为25.4万吨，2001年，表观消费量约为29万吨，2003年表观消费量增至 41万吨，我国已成为全球萘的最大消费国，2003年消费量约占到全球总消费量的44％。2005年我国工业萘消费量约为56.15万吨，2008年我国工业萘消费量约为57.2万吨。

　　按照萘系减水剂的生产工艺，生产1吨减水剂约需要385千克工业萘。笔者预测，2010年将需生产287.7万吨萘系减水剂，实际需要工业萘110.8万吨。今后5年内，由于混凝土生产量的增长，萘系减水剂对工业萘的需求仍按5％的比例递增。

　　需要说明的是，在萘源十分紧张的情况下，开发低纯度萘和非萘系高效减水剂，扩大高效减水剂的生产原料来源，有着重要意义。根据笔者的研究，还可以采用煤焦化其他副产物蒽油、洗油等为原料，采用与萘系减水剂相似的生产工艺，合成出多环芳香烃磺酸盐甲醛缩合物，其性能与萘系减水剂相近。

　　作者：孙振平 张冠伦