我國混凝土高效減水劑的發展

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'我國混凝土高效減水劑的發展'
?我國混凝土高效減水劑的發展20世紀以來,以混凝土為建筑材料的工程結構物得到飛速發展,它已成為橋梁、大壩、公路和城市運輸系統的首選材料?,F今世界上最高的建筑物———馬來西亞的Petronas雙塔樓;世界上最深的鉆井———挪威Troll平臺都是混凝土建造的?;炷令I域這些令人吃驚的進展,主要是通過外加劑領域的進展所帶來的結果?;炷翜p水劑是混凝土外加劑中應用面最廣、使用量最大的一種?;炷翜p水劑是指摻加后能在保持流動性基本相同的情況下,使混凝土用水量減少,從而提高混凝土強度和耐久性,或者在水泥用量和水灰比不變的情況下,增加混凝土流動性,改善混凝土施工性的外加劑。按照減水增強效果的不同,混凝土減水劑分為普通減水劑和高效減水劑兩大類。根據《混凝土外加劑》(GB B076-1997) 標準,高效減水劑是指減水率大于10%的減水劑。目前,高效減水劑雖然已有多種,但為滿足混凝土配制技術新要求,高效減水劑還將繼續向新品種化、高性能化和多功能化方向發展。1962年,日本花王石堿公司的服部健一博士研制成功了β-萘磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑(簡稱“萘系減水劑”);1963年,德國SKW公司研制成功三聚氰胺甲醛樹脂磺酸鹽高效減水劑(簡稱“密胺系高效減水劑”)并投入生產應用,真正算作歷史上最早出現的兩類高效減水劑產品。20 世紀70年代中、后期,這兩類高效減水劑也相繼在我國研制成功,并投入生產應用。20世紀80年代初,為了充分利用地方性原材料,降低生產成本,以蒽油為主要原材料的聚次甲基蒽磺酸鹽高效減水劑(簡稱“蒽系高效減水劑”)應運而生,而脂肪族高效減水劑(羰基焦醛高效減水劑)則是最近幾年才開始生產應用的。 近來,隨著工程實際對混凝土各項技術性能要求的提高,氨基磺酸鹽系和聚羧酸系高效減水劑相繼研制成功并投入生產。新品種高效減水劑的出現,極大地豐富了我國高效減水劑的市場,但在產品推廣和實際應用技術方面仍存在一定問題。 屈指算來,我國高效減水劑生產應用已有30余年歷史,其用量逐年增長(2003年產量73萬t,比1998年增加265%;2005年產量達到111萬t,比2003年增加52%),用途越來越廣,應用經驗也越來越豐富。摻有高效減水劑的C60混凝土在上海市一次泵送到“東方明珠”電視塔350m高的塔頂,而在金茂大夏建設中,摻有高效減水劑的混凝土更是被一次泵送至420.5m的高度,可以說不斷創造新的世界記錄。上海環球金融中心大樓地下3層,地上101層,設計凈高為492m,其結構混凝土的施工澆注將對高效減水劑的性能提出更高的要求。當前,隨著我國經濟的騰飛和大型工程的建設,大體積、高泵程的混凝土施工工程越來越多地擺在面前。 混凝土的商品化則對摻高效減水劑混凝土的流動性保持性提出更高要求。 深入了解各種高效減水劑的品種、特性和適宜應用的范圍,有助于在實際工程中正確選擇,有助于使這些產品更好地服務于混凝土工程實踐,產生最佳的技術、經濟和社會效益。 多環芳烴型高效減水劑    萘系、蒽系高效減水劑,以及甲基萘系(聚次甲基萘橫酸鹽)、古馬隆系 (聚氧茚樹脂磺酸鹽)等都屬于這一類,其結構特點是憎水性的主鏈為亞甲基連接的雙環或多環的芳烴,親水性的官能團則是連在芳環上的-SO3M等。萘系高效減水劑根據其產品中Na2SO4含量的高低,可分為高濃型產 (Na2SO4含量≤3%)、中濃型產品(Na2SO4含量3%~10%)和低濃型產品(Na2SO4含量≥10 %)。萘系高效減水劑的減水率大小與其摻量有直接關系。過去,由于萘系高效減水劑多數情況下在工地現場混凝土攪拌中使,主要-省略部分-為-SO3H、-COOH和-OH 等。 脂肪族系高效減水劑原材料便宜,工藝簡單(合成溫度80~100℃),合成成本相對較低,而其對混凝土塑化增強方面的效果與萘系、密胺系高效減水劑相當。脂肪族系高效減水劑的引氣量較低,不使混凝土過分泌水,對混凝土凝結時間影響較小。由于脂肪族系高效減水劑呈明顯的紅褐色,摻入混凝土拌合物中易滲色,常受到用戶的質疑。試驗表明,這種滲色現象并不影響混凝土內在質量和表面性能。脂肪族系高效減水劑目前在高強管樁生產中的應用較多,且在萘系高效減水劑價格高漲時期,其更加受到用戶青睞。 聚羧酸系高效減水劑     作為被廣泛關注的重要的減水劑品種,聚羧酸系高效減水劑的結構特點是憎水性的主鏈為脂肪族的烴類,而親水性的官能團則是側鏈上所連接的-SO3H、- COOH、-OH或聚氧烷基烯類EO長側鏈[-(CH2CH2O)m-R]等。 聚羧酸系減水劑采用接枝共聚方法進行合成,主要原料為:丙烯酸、馬來酸酐、甲基丙烯酸、丙烯酸羥乙酯等。先合成帶側鏈長度的單體,再將這些單體同酸類及磺酸類單體共聚,最后將兩種或兩種以上共聚物聚合成二元或多元共聚物,形成一個大的聚合物分子。聚羧酸系減水劑的減水性能與所選取合單體的種類及各嵌段鏈節的組成有關。這類減水劑在摻量很小(0.1%~0.2%)的情況下就可產生較好的分散效果,并具有優良的早強作用或坍落度保持性能。聚合物側鏈上的乙氧基鏈節不僅對減水率有影響,而且對抑制混凝土坍落度損失也有重要作用。聚羧酸系減水劑在水泥顆粒表面的吸附量較小,但由于其帶有許多支鏈,可以產生空間位阻效應,因而摻量很低時就可實現較好的塑化效果。支鏈的存在以及齒形的吸附方式,使得初始的水泥水化產物較難將減水劑分子吸附層覆蓋,因而,該減水劑在水泥顆粒表面的有效作用時間較長。與常用的萘系和密胺系高效減水劑相比,聚羧酸系高效減水劑具有摻量低、增強效果好、坍落度保持性好、與水泥適應性較好等特點,是配制低水膠比、高強、高耐久性混凝土的首選。 盡管我國聚羧酸系減水劑發展起步較晚,目前其用量只占減水劑總用量的4%左右,但其在國內重特大工程(尤其是高速鐵路、隧道、橋梁、海工等)中的應用正逐漸增多。目前,我國正在制定聚羧酸系高性能減水劑的標準,相信會促進我國聚羧酸系減水劑工業的健康、快速發展。 其他高效減水劑     高效減水劑家族中除了上述品種外,還有改性木質素磺酸類,其結構比較復雜,憎水性的主鏈可以包含芳烴、脂環烴和脂肪烴等,親水官能團的種類和分布也比較復雜。木質素磺酸鹽減水劑的原料是硫酸法生產紙漿的副產品,生產和大力推廣應用木質素磺酸鹽減水劑具有重要的環保意義。我國是木質素磺酸鹽減水劑的生產大國,隨著國家環保要求的提高,市場上木質素供給量還將進一步增加。隨著混凝土技術不斷向高工作性、高強度、高耐久性和多功能性的方向發展,混凝土的配制已越來越離不開高效減水劑,雖然我國混凝土高效減水劑在經歷了幾十年的發展后,目前品種基本齊全,已經可以生產的高效減水劑有改性木質素磺酸鹽系、萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸鹽系 、脂肪族系和聚羧酸系等。然而不同用途的混凝土對外加劑的要求是多方面的,如水下抗分散混凝土不僅要求大流動性,而且要求優異的粘聚性和抗水分散性;再者,噴射混凝土不僅需要能使其快速凝結硬化的速凝劑,也需要能大幅度降低用水量以提高強度的高效減水劑。如何將高效減水劑與各種功能性的外加劑組分有機地結合起來,集幾種單組分各自功能于一身,或起到多倍于單組分功能的多功能、系列化外加劑,仍然是混凝土外加劑行業工作者的一大歷史任務,有待我們進一步研究。
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