国内聚羧酸高性能减水剂的研究展望

　　摘要：聚羧酸高性能减水剂（pce）由于生产应用环保、工作性好、耐久性好等优异的特点在我国得到了大规模的推广应用。但pce的合成工艺繁多，合成原料也很多，不同的工艺和原料合成的pce的性能差异很大，并不是一种pce就能解决所有的问题。要想促进pce 的快速发展，要结合化学合成原理及水化机理对pce的合成进行系统的研究。同时，要充分发挥政府、科研机构、pce使用单位、供应商、生产厂家等多方面的力量，特别是要充分发挥外加剂生产企业的桥梁纽带作用。

　　关键词：聚羧酸高性能减水剂 合成工艺 合成原理 作用机理

　　一、前言

　　2004年以来，聚羧酸高性能减水剂（pce）由于生产应用环保、工作性好、耐久性好等优异的特点在我国得到了大规模的推广应用，在混凝土行业受到了广泛的关注。由于利润高及铁道部相关部门的大力推广，成为了混凝土行业最热门的研究方向。很多聚醚生产厂家、企业、高校及科研机构纷纷对聚羧酸的工艺进行研究，在短时间内取得了令人瞩目的成绩。如今，国产mpeg、apeg、tpeg等不同原料合成的pce聚羧酸广泛应用于各类混凝土工程中。

　　pce具有以下独特的优点：低掺量、高减水增强率、和水泥的适应性好，混凝土坍落度损失小，是一种安全的绿色环保型高性能减水剂[1]。很多人对此产生了误解，以为任何一种pce是万能的，仿佛一用上pce就什么问题都可解决。我们知道，以往的萘系、密胺系等减水剂合成工艺路线单一，原料也很少；但pce的合成工艺繁多，合成原料也很多，不同的工艺和原料合成的pce的性能差异很大。因此，尽管pce具有很多优点，但并不是只用任何一种pce就能解决所有的问题。随着pce在各类工程特别是在预拌混凝土中的逐步普及^[2-4]，坍落度损失、对含泥量的敏感性、与其它外加剂（如减水剂、早强剂、防冻剂等）的复配效果等问题逐步显露出来并为广大用户了解和熟悉，pce的早强、防冻性及坍落度损失等问题迫切需要得到解决^[5-6]。

　　二、国内pce研究应用现状

　　1.无序竞争，急功近利

　　由于pce的生产工艺相对较为简单，投资较少，环保审批较易通过，许多单纯的复配厂纷纷转型开始生产pce，甚至很多没有任何减水剂生产及应用经验的企业及个人也纷纷投资进行pce的生产，一时间竞争空前激烈，偷工减料、以次充好等现象时有发生。更有甚者，许多国家重大工程的投标价接近成本价，情况极不正常，这些给pce的健康发展带来了不利的影响。

　　由于pce生产的准入门槛低，企业鱼龙混杂。近两年来，部分研究机构及企业在pce的研究上急功近利，缺乏系统的研究，导致pce的研究进展缓慢，明显滞后于产业的发展。

　　2.产品适应性需要提升

　　众所周知，我国水泥品种繁多，许多地方的砂石级配较差，含泥量大，这给pce的质量提出了很高的要求。以前，pce集中在客运专线等国家重点工程上使用，由于重点工程的各种原原料相对较好，pce的适应性问题还不是非常突出。但随着pce在预拌混凝土中得到大量的推广应用后，其坍落度损失及对含泥量的敏感性等一系列问题逐步暴露出来；同时，大多数与传统的萘系减水剂复配可以起到迭加效应的一些外加剂和pce的复配效果不理想，有的甚至使效果下降。随着pce的用量逐年递增，这些问题迫切需要得到解决。

　　3.早强型pce有待开发

　　大量的研究表明，标准型pce复配早强剂和效果欠佳，而早强型pce可大幅降低能耗，提高生产效率，在国外已被广泛应用于免蒸养预制混凝土及具有早强要求的各种现浇混凝土中，而国产早强型pce的应有还较少有资料进行报导。这一类型的pce需要尽快国产化并得到推广应用。

　　4.减缩型及降粘型pce有待开发

　　高强混凝土被广泛用来提高混凝土结构的耐久性，增加居住空间，其较宽的弹性范围延迟了由于地震而导致裂缝的出现，同时，还具有较长的服役年限，近年来受到了越来越多的关注。在日本，设计强度超过100mpa的超高强混凝土的应用越来越多^[7]　。在我国，c100泵送混凝土已在广州的西塔工程中得到了应用。但是，由于在配制这种超高强混凝土时往往采用低水灰比，使用硅灰等掺合料，会导致混凝土出现严重的自收缩^[8]　。

　　在低水胶混凝土（如高强混凝土hsc和自密实混凝土scc）中，混凝土的工作性比正常强度混凝土差，这是由于其粘度较高造成的。如果要在低水胶比混凝土中达到较好的工作性，使用降粘型pce将会起到很好的效果。

　　从上述情况来看，要想大规模推广应用低水胶混凝土，必须尽快对低粘型和减缩型的pce进行系统的研究并尽快国产化。

　　三、研究方法

　　与萘系等第二代高效减水剂相比，pce的合成原料及工艺路线众多，工艺复杂，可根据应用性能进行分子结构设计来进行产品合成。同时，pce的研究内容涉及到有机化学、高分子化学、水泥工艺学、无机非金属材料等多种学科的交叉，单一地进行某一方面的研究都会有很大的局限性，只有充分融合各方面的知识及力量，结合应用过程中遇到的实际问题，有针对性地进行pce的系统研究，才能高效率地促进pce研究的不断深入，从而推动我国混凝土外加剂及混凝土行业的健康快速发展。

　　1.掌握合成方法、了解合成原理

　　要有针对性地进行pce的系统研究，只有熟练掌握各种共聚单体的特性、主要的合成方法，同时，了解了合成原理，才能根据引发剂特性选用合适的单体进行共聚实验及根据产品的性能对合成工艺条件进行优化，找出最佳的合成工艺。

　　2.了解分子结构对pce性能的影响

　　要想在pce的研发上取得突破，不仅要熟练掌握pce的合成方法，还要充分了解不同的分子结构对pce性能的影响。我们知道，分子结构决定性能，通过调整主链长度、侧链长度、主链电荷密度、分子量等参数可以合成出具有不同性能的pce。通过大量系统的试验详细了解各种分子结构对减水、早强和保坍性能的影响，结合试验结果系统分析分子结构对pce的性能的影响原理，找出pce分子结构设计的理论依据。这样就可以通过分子结构设计出不同性能的pce来满足不同的使用需求。

　　3.研究pce对水泥水化的作用机理

　　除了从分子结构上系统研究pce减水剂的原理外，我们还需要借助各种先进的仪器系统研究不同结构的pce对水泥水化的作用机理。这两方面的研究相辅相承，缺一不可。只有结合这两方面的研究成果才能从根本上理解pce的作用机理，从而更好地运用分子结构设计有目的地指导pce的合成，使pce的合成水平更上一层楼。

　　四、应对措施

　　由于pce在我国起步较晚，加上水泥品种繁多，外加剂企业无序竞争导致市场混乱，部分研究机构急攻近利思想严重，致使外加剂的缺乏系统研究，极大地阻碍了外加剂的研发效率。要想提高pce的研发效率，必须充分发挥科研机构、pce使用单位、供应商、生产厂家等多方面的力量，特别是要充分发挥外加剂生产企业桥梁纽带作用，加强与其它各方的沟通。另外，政府主管部门引导协调作用也是必不可少的。

　　1.正确发挥科研机构的作用[Page]

　　如前所述，要想做好pce的系统研究，合成原理和作用机理的研究必不可少且是至关重要的。要做好上述两方面的工作，必须具备专业的理论知识和先进的仪器设备，这两方面的条件单靠pce生产厂家来配备是很难实现的。而各高校及科研院不仅拥有一流的专业人员，还拥有良好的仪器设备，是最合适的合成原理及作用机理的研究机构。近年来，我国的许多高校及科研机构纷纷参与了相关的研究，取得了很多相应的技术成果，对pce在我国的发展起到了很大的推动作用。

　　但是，与投入的人力物力相比，取得的成果还是相对较少，这里面有一些客观原因，主要还是因为部门高校及科研机构有些急功近利，在取得一些成果的同时急于将成果进行产业化，在产业化的同时为了达到宣传产品和成果的目的，有些甚至在很大程度上夸大了成果的效果，这对pce的发展是极为不利的。

　　2.加强供应商、生产企业及使用单位的科研力量

　　如果脱离了生产和应用环节，光进行理论研究是不切实际的，同时也不可能取得很大的效果。供应商、生产企业及应用单位作为与pce生产和应用的三方，也应加大pce的生产和应用的系统研究。

　　首先，供应商要充分利用科研机构的成果进行指导，利用分子设计原理，对国外同类产品进行结构剖析,对科研机构提出的工艺方法进行尝试，合成出具有不同作用效果的原料，便于生产企业在合成工艺上进行简化，提高产品的生产效率和质量稳定性。

　　生产企业作为产品生产单位，只要充分了解pce的合成原理及作用机理，才能更好地执行工艺纪律。同时，如果在产品研发及合成技术上更加先进，合成的产品优于其它同行，就能在市场竞争中占到先机。只有这样，才能不断地推陈出新。大量的实践证明，一个没有技术实力的企业，是很难长期在市场上立足的。除些之外，生产企业还是联系各方的桥梁，除了随时保持与供应商的紧密联系，及时将供应商的先进的技术成果转化为自身的成果外，还要加强与应用单位的联系，收集使用单位对不同结构的pce的相关评价和数据，及时将有关的数据反馈到相关的科研机构，以便进行更加深入的研究。

　　理论离不开实践。应用单位作为产品评价方，是pce合成技术研究的很重要的一环，也是必不可少的重要环节。如能加强与生产企业的沟通，给合产品的效果对性能进行系统正确的分析和评价，除可以保障生产的制品的质量外，还可以指导pce生产企业进行技术改进，提供性能更优的产品来满足各种不同的需求。

　　3.加强政府主管部门的引导作用

　　要做好pce的合成，必须首先了解合成原理和作用机理。如何让科研机构沉下心来进行pce的理论研究，对pce产品合成技术的进步是最重要的。政府要在政策上进行相关的引导。我们知道，pce的应用可大幅降低水泥的用量，对节能减排、促进社会的可持续发展影响巨大。如能做好相关的系统研究，推动pce的发展，对国民经济的可持续发展将起到积极的推动作用。

　　五、前景展望

　　1.合成应用技术将不断提高

　　当前，pce开始在预拌混凝土中得到大规模的推广应用，同时，一些特定的工程对早强、减缩等功能的pce的需求将推动生产企业改进pce的合成工艺与复配技术，促使pce的合成应用技术再上台阶。

　　2.技术水平的高低将决定企业的竞争力

　　预拌混凝土对成本的要求较重点工程更高，高性价比的pce将得到更多预拌混凝土的青睐。同时，随着市场竞争的加剧，技术水平的高低将对pce企业的发展产生越来越大的影响，一些技术水平较高、规模大的企业将拥有很大的竞争优势，如江苏博特等技术实力较强的企业近年来发展势头迅猛，市场竞争力日益增强。

　　3.校企联合将日益密切

　　要提高pce的合成与应用技术水平，企业和高校等科研机构由于性质和接触面的不同肩负着不同的责任和使命。如果两者密切配合，做好分工协作，将会极大地促进pce的合成水平的提高。具体是企业方面要做好合成工艺的更新与优化，密切配合使用单位做好产品应用工作，努力提高复配技术；科研院校要加大力量对合成原理及作用机理的研究，同时根据企业反馈的信息进行验证，促进理论的水平的提高，再反作用到合成技术的提高。在这方面，江苏博特与江苏建科院的合作就很成功，为pce合成技术的提高作出的榜样。

　　六、结语

　　1．pce的合成工艺繁多，合成原料也很多，不同的工艺和原料合成的pce的性能差异很大，并不是一种pce就能解决所有的问题。

　　2．随着pce的广泛应用，高保坍型、早强型、低粘型等不同特性的pce应尽快国产化。

　　3．要从合成原理和作用机理方面做好pce的系统研究，了解不同的分子结构对产品性能的影响，从而通过分子结构原理设计不同特性pce的合成工艺。

　　4．要提高pce的研发效率，必须充分发挥科研机构、使用单位、供应商、生产厂家等多方面的力量，特别是要充分发挥外加剂生产企业桥梁纽带作用及政府的政策引导作用。

　　参考文献

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　　作者简介：1998年6月毕业于武汉工业大学材料学院精细化工专业，工学学士。毕业后一直从事混凝土外加剂的研发与应用工作。工程师；武汉理工大学工程硕士在读；中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品分会理事。