我國混凝土外加劑的研究和應用始于1950年,由于當時條件的限制,在相當長的時期內(nèi),混凝土外加劑發(fā)展比較緩慢,上世紀50~60年代是我國外加劑開始起步的初級階段。隨后進入60年代中后期,持續(xù)10年之久的“文革動亂”導致了我國混凝土外加劑多年處于停滯階段,直到1970年才重新開始了對外加劑的研究、生產(chǎn)和應用。接下來的80年代是我國外加劑發(fā)展較活躍時期,當時外加劑品種不太多,而且多數(shù)產(chǎn)品還未進入復合階段,大都是單一組成。這個時期全國大概只有5%的水泥摻用外加劑。進入90年代我國混凝土外加劑無論品種、牌號、產(chǎn)量、質(zhì)量,以及應用技術(shù)水平等都有了顯著的提高和發(fā)展,是以往任何時期不能相提并論的,也就是說20世紀最后10年是我國混凝土外加劑迅速發(fā)展的飛躍階段。
邁入21世紀,外加劑的發(fā)展更是突飛猛進,外加劑的理論研究與應用技術(shù)水平,已經(jīng)大大縮小了我國與先進國家的差距,甚至某些研究水平已接近、達到或超過國際水平。目前摻外加劑的混凝土量占我國混凝土總量的40%~45%左右,主要集中在大中城市或一些大中型建設工程中,并且隨著建設工程量的不斷增加而持續(xù)快速發(fā)展。
近年來,我國國民經(jīng)濟發(fā)展迅速,促進了建筑行業(yè)的快速發(fā)展,從而帶動混凝土外加劑用量逐年增加。特別是在目前的全球性經(jīng)濟危機形勢下,從中央到地方,增加基礎建設投資力度,力求拉動內(nèi)需,以減少經(jīng)濟危機造成的危害。據(jù)統(tǒng)計,近期我國有近數(shù)十個省會城市包括直轄市已經(jīng)對未來幾年將要修建城市軌道交通進行了規(guī)劃,在全國范圍內(nèi)還將修建數(shù)百個機場,沿海地區(qū)正在建設24個核電機組,另外還有很多的水電站等工程在建或待建,其建筑工程量空前,外加劑行業(yè)的市場潛力巨大。
鑒于全球可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求,混凝土高性能化成為科研和工程技術(shù)人員所普遍接受的觀點,并成為保持混凝土行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要階段。作為高性能混凝土必不可少的組成部分,混凝土外加劑的質(zhì)量要求也相應提高了,如高減水率、高適應能力、高坍落度保持能力、低收縮、無氯離子及低堿含量等,并且某些特殊工程還要求配制具有特殊性能的外加劑。這促進了混凝土外加劑行業(yè)整體技術(shù)水平的發(fā)展,特別是新一代聚羧酸系高性能減水劑的研發(fā)成功與大規(guī)模應用,已經(jīng)成為近年來我國混凝土材料領域的熱點。由于聚羧酸系高性能減水劑生產(chǎn)工藝比萘系簡單,投資比萘系少,屬于環(huán)保產(chǎn)品,在性能上具有明顯的綜合優(yōu)勢,具有較好的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益,因此改變了我國混凝土化學外加劑行業(yè)的格局,使我國混凝土外加劑行業(yè)逐漸由以萘系高效減水劑為基礎的混凝土外加劑體系向以聚羧酸系高性能減水劑為基礎的體系轉(zhuǎn)變。
可見,我國混凝土外加劑的整體發(fā)展趨勢是向上的,并且在不斷地迅速擴展延伸。
聚羧酸系高性能減水劑生產(chǎn)、應用技術(shù)趨于成熟
與萘系等第二代高效減水劑相比,國內(nèi)外最新一代聚羧酸系高性能減水劑,它的綜合技術(shù)性能優(yōu)勢和它自身的環(huán)保特點,已得到業(yè)內(nèi)人士及使用單位的認可。
事實上,聚羧酸系高性能減水劑在我國的研制開發(fā)與推廣應用由于我國高速鐵路網(wǎng)工程的需求,其發(fā)展進程比人們預期的要快得多,它無疑將成為今后混凝土外加劑主流技術(shù)的發(fā)展方向,這是大勢所趨。聚羧酸系高性能減水劑的推廣應用,是提高我國現(xiàn)代混凝土技術(shù)總體水平、提高我國混凝土總體質(zhì)量的必然要求,對于提高我國混凝土耐久性,進而提高我國建設工程的服務年限,對于建立節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地的節(jié)約性社會和環(huán)境保護等都具有重要意義。
近兩年來,我國聚乙二醇單甲醚、烯丙基聚乙二醇(統(tǒng)簡稱為聚醚)等生產(chǎn)、供應規(guī)模不斷發(fā)展。到目前為止,國內(nèi)聚醚生產(chǎn)廠家,如遼陽奧克化學集團有限公司、遼寧科隆精細化工股份有限公司、上海臺界化工有限公司、浙江皇馬化工集團有限公司等已形成較大工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。聚醚產(chǎn)品的質(zhì)量基本與國外產(chǎn)品水平相差無幾,已在國內(nèi)得到廣泛的應用。
聚醚是聚羧酸系高性能減水劑的主要原材料之一,近兩年來國內(nèi)外的聚醚生產(chǎn)廠家都在全力開發(fā)產(chǎn)品、開拓市場,生產(chǎn)供應能力顯著提高,可以說國內(nèi)原材料生產(chǎn)供應體系已經(jīng)建立,未來幾年我國聚羧酸系高性能減水劑的發(fā)展已經(jīng)具備了雄厚的原材料基礎。聚羧酸系高性能減水劑的另一主要原材料是甲基丙烯酸和丙烯酸,目前,國內(nèi)的有關(guān)生產(chǎn)廠家正在提高質(zhì)量、擴大規(guī)模,將會滿足市場部分需求。
另外,從目前的生產(chǎn)實踐來看,用于聚羧酸系高性能減水劑的其他單體與輔助原材料也完全可以立足國內(nèi)。
隨著酯化技術(shù)水平的提高與發(fā)展,國內(nèi)一些外加劑廠家逐漸掌握醚類單體酯化技術(shù),從而進一步降低聚羧酸系高性能減水劑的生產(chǎn)成本。醚類不飽和單體已基本成熟,并在工程中得到應用。由于采用該類單體制備的聚羧酸系高性能減水劑成本相對較低,更加容易為施工單位所接受。同時,合成工藝相對酯類聚羧酸系高性能減水劑較為簡單。這也使得聚羧酸系高性能減水劑在工業(yè)民用建筑中得到一定的推廣,并且該趨勢在逐漸加大。在工業(yè)萘價格長期居高不下的情況下,這種趨勢表現(xiàn)得更加突出。這為聚羧酸系高性能減水劑成為我國混凝土外加劑行業(yè)主導產(chǎn)品打下了基礎。
我國混凝土外加劑的復配技術(shù)是世界上最先進、最完善的。近幾年,伴隨聚羧酸系高性能減水劑的發(fā)展,其復配技術(shù)的發(fā)展也可謂突飛猛進、日新月異,為聚羧酸系高性能減水劑的推廣與應用起到了積極作用。
在聚羧酸系高性能減水劑得以廣泛應用的過程中,幾乎很少有聚羧酸系高性能減水劑產(chǎn)品未經(jīng)復配而直接應用到混凝土工程的實例,外加劑供應商和混凝土供應商大都根據(jù)施工要求、混凝土性能要求及其設計要求,采用物理復配的方式,選擇相容性較好的消泡劑,引氣劑,緩凝、早強、防凍組分或其他相關(guān)組分等與聚羧酸系高性能減水劑母液混合,通過反復多次現(xiàn)場混凝土性能試驗,最終確定用于實際混凝土工程復配好的聚羧酸系高性能減水劑產(chǎn)品配方。事實上,許多生產(chǎn)規(guī)模大、技術(shù)實力強的外加劑企業(yè)或混凝土攪拌站都具備相當?shù)耐饧觿团浼夹g(shù),他們部分借鑒、沿用了傳統(tǒng)減水劑的復配技術(shù),并在此基礎上,進一步結(jié)合聚羧酸系高性能減水劑的產(chǎn)品性能特點,研究開發(fā)了一系列有效的復配技術(shù),積累并總結(jié)了許多應用經(jīng)驗,使我國聚羧酸系高性能減水劑能夠順利、安全應用于高速鐵路、港口碼頭、水電大壩、市政工程等許多重點工程。諸多成功應用復配技術(shù)的聚羧酸系高性能減水劑混凝土工程充分證明,采用科學、合理、正確的復配技術(shù),是確保聚羧酸系高性能減水劑健康發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。我們不難預期,未來幾年,隨著我國聚羧酸系高性能減水劑技術(shù)的不斷發(fā)展,其復配技術(shù)水平也將不斷提高與進步。
誠然,聚羧酸系高性能減水劑的復配技術(shù)尚不成熟,存在不少缺陷。例如,一是聚羧酸系減水劑與不同牌號、不同品種的引氣劑、消泡劑,以及早強、緩凝、防凍等組分之間存在相容性問題,表現(xiàn)在物理變化,如懸浮、變色、變味;二是與不同牌號、不同品種的引氣劑、消泡劑、增稠劑或緩凝、早強、防凍等組分復配后的聚羧酸系減水劑與水泥之間的相容性也存在差異,這些差異對混凝土相關(guān)性能影響也不同,有的不能獲得較好的塑化性和引氣效果,有的還會出現(xiàn)含氣量損失、波動等不穩(wěn)定的現(xiàn)象,因此繼續(xù)深入研究并解決聚羧酸系高性能減水劑復配技術(shù)是對聚羧酸高性能減水劑應用技術(shù)瓶頸的重大突破。
高速鐵路客運工程幾乎全部使用聚羧酸系高性能減水劑,包括到2006年年底已開工的武廣、京津、鄭西、石太、合武、甬臺溫、膠濟、達成、溫福、福廈等 11條客運專線,其累計總里程約3000公里,還有目前處于開工準備階段的京滬、太中銀、廣珠、哈大等4條客運專線,總里程約3000余公里??焖倏瓦\專線設計使用年限應滿足100年,這正是聚羧酸系高性能減水劑發(fā)揮性能優(yōu)勢的極好機會。實踐證明,聚羧酸系高性能減水劑對于保證鐵路工程建設的進度和質(zhì)量發(fā)揮了十分重要的作用。也正是鐵路工程高度重視混凝土耐久性,極大地推動了聚羧酸系高性能減水劑在鐵路工程建設中的迅速推廣。
重大海洋工程對混凝土的耐久性要求很高,在這一領域聚羧酸系高性能減水劑同樣顯示出獨特的技術(shù)性能優(yōu)勢。東海大橋、杭州灣跨海大橋等海洋工程在設計中明確提出了百年耐久性的概念,為此,工程建設過程中也使用了聚羧酸系高性能減水劑,經(jīng)實際測試驗證,使用效果良好。
南水北調(diào)工程是一項大規(guī)模、遠距離、跨流域、十分復雜、龐大、艱巨的系統(tǒng)工程,所經(jīng)過區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境復雜多變,工程要求混凝土具備高抗?jié)B性能、高抗凍性能等性能。
北京奧運工程、北京首都國際機場、中央電視臺新臺址、上海環(huán)球金融中心等重點工程同樣十分重視混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和施工和易性,也選擇了聚羧酸系高性能減水劑作為技術(shù)保證措施之一。
由此可見,由于聚羧酸系高性能減水劑的綜合性能優(yōu)勢,越來越多的工程---不僅僅是鐵路、橋梁等重大基礎設施建設,也已經(jīng)推廣至重點民用建筑開始主動選擇聚羧酸系高性能減水劑,以保證混凝土的綜合性能質(zhì)量??梢韵嘈?,隨著聚羧酸系高性能減水劑成本的逐步降低,隨著聚羧酸系高性能減水劑的應用技術(shù)逐步成熟,聚羧酸系高性能減水劑在普通混凝土工程中也將逐漸成為主角。
聚羧酸系高性能外加劑的多功能化
目前,國內(nèi)在以萘系高效減水劑為基礎的高效減水劑時代向以聚羧酸系高性能減水劑為基礎的高性能減水劑時代轉(zhuǎn)變。在高效減水劑時代,通過對萘系高效減水劑的復配技術(shù),可獲得泵送劑、泵送型防凍劑、緩凝型減水劑、早強型減水劑、引氣型減水劑、促凝型減水劑等符合多種建筑施工的混凝土外加劑。而對于聚羧酸系高性能減水劑,其起步相對較晚,多種類的聚羧酸系高性能外加劑還相對不夠成熟。但通過近年來科研和工程技術(shù)人員的研究,采用有機合成及復合等方式,制備出早強型聚羧酸系外加劑、保塑型聚羧酸系外加劑、防凍型聚羧酸系外加劑和促凝型聚羧酸系外加劑等。這也是向高性能減水劑時代邁進的重要步驟。然而,需要指出的是這些具有特種性能的聚羧酸系外加劑需要滿足高性能外加劑的基本條件,即高減水率和低有害物質(zhì)含量,以及較低的收縮率。
中低性能混凝土外加劑的改性技術(shù)
萘系高效減水劑仍然是我國使用量最大的高效減水劑。但多數(shù)情況下,萘系減水劑有許多缺陷,如坍落度損失大,易離析泌水、混凝土收縮大等,另外生產(chǎn)萘系減水劑的原材料不環(huán)保,加之近幾年工業(yè)萘價格波動較大等因素,人們不得不考慮萘系減水劑的前途問題。從“以市場為導向” 為立足點分析,萘系減水劑的發(fā)展前景有二:一是接枝改性;二是逐漸被其他減水劑產(chǎn)品取代。這也是混凝土外加劑的未來發(fā)展方向。
木質(zhì)素磺酸鹽減水劑屬于資源化再利用的環(huán)保型外加劑產(chǎn)品,大都是從造紙工業(yè)廢棄液的副產(chǎn)品---紙漿廢液中提取,并經(jīng)過化學處理而成。由于它的環(huán)保特性,在國外被廣泛使用,韓國每年從中國進口6萬噸液體木質(zhì)素磺酸鹽,而美國、英國、日本、歐洲等發(fā)達國家也都從中國大量進口木質(zhì)素磺酸鹽。木質(zhì)素磺酸鹽在我國長期被用作普通減水劑或復合減水劑的原料使用,由于它自身存在一些缺陷,如引氣量大、減水率不理想、緩凝作用等原因,在我國使用量并不多,使用面也不廣。今后應正確評價其技術(shù)特性,提倡利用化學改性的方法,降低其引氣量,提高減水率,提高強度增長率,使改性后的木質(zhì)素磺酸鹽減水劑滿足混凝土施工和混凝土質(zhì)量的更高要求,并在實際工程中拓展木質(zhì)素磺酸鹽減水劑的工程應用范圍。
混凝土外加劑標準規(guī)范體系逐步完善
混凝土外加劑的特點是品種多、摻量小、作用大,它對混凝土性能的改善有著至關(guān)重要的影響,外加劑與混凝土的關(guān)系又是相輔相成、相互依存的。因此它的質(zhì)量控制、品種的選擇、應用技術(shù)等相比其他工程材料更為重要。20多年來我國先后制定、修訂了一系列混凝土外加劑和外加劑應用技術(shù)標準規(guī)范。我們必須正確評價這些標準規(guī)范在我國建筑業(yè)發(fā)展的不同時期、不同條件下所產(chǎn)生的積極影響和重要作用,使我國外加劑產(chǎn)品有了統(tǒng)一的質(zhì)量標準,規(guī)范了外加劑的工程應用,也促進了我國混凝土技術(shù)的發(fā)展。進入21世紀以來,由于外加劑新產(chǎn)品、新技術(shù)的涌現(xiàn),以及外加劑的廣泛應用和普及,我國混凝土外加劑標準規(guī)范也隨之不斷地進行制定、修訂,并且在制定與修訂中,盡可能使標準規(guī)范具有科學性、合理性和具有可操作性。真正有效促進了外加劑新產(chǎn)品、新技術(shù)的開發(fā)與推廣應用,基本滿足了外加劑行業(yè)快速發(fā)展的需要,同時促進了混凝土技術(shù)的發(fā)展與進步,這是一個不爭的事實。
不過還有一些不盡人意的狀況,由于我國外加劑標準規(guī)范修訂周期過長,導致現(xiàn)行規(guī)范凸顯諸多缺陷,并滯后于技術(shù)的進步。眾所周知,我國外加劑種類繁多、技術(shù)指標差異大、外加劑配方相互保密,產(chǎn)品質(zhì)量容易波動或不穩(wěn)定,加之水泥、砂石、摻合料等質(zhì)量狀況不佳,因此,混凝土外加劑是在施工應用過程中極容易出現(xiàn)各種問題的一種特殊性工程材料,其中最典型和常見的熱點與難點問題是:外加劑與水泥的適應性問題,新拌外加劑混凝土坍落度損失問題,因外加劑引起的混凝土泌水、離析的問題(另外還存在滯后泌水的問題),硬化混凝土表面蜂窩麻面及干縮開裂等一系列問題。另外,如果發(fā)生錯誤計量、錯誤摻入外加劑導致混凝土產(chǎn)生的假凝、緩凝、強度倒縮等現(xiàn)象,還存在冬季施工混凝土早期強度過低等問題,這些問題都是目前工程施工當中普遍存在的問題,也是施工人員最為困擾,并難以解決的實際問題。
目前,由中國建筑科學研究院主編的國家標準《混外加劑應用技術(shù)規(guī)范》GB50119-2003正在修訂之中,本次修訂的原則是要考慮我國國情,充分吸納采用先進技術(shù),淘汰落后技術(shù),確保滿足摻外加劑混凝土的施工要求,確?;炷恋氖┕べ|(zhì)量;充分考慮外加劑及其混凝土質(zhì)量檢驗及驗收項目與方法的可操作性與實用性;充分考慮與國際先進標準接軌,并與我國相關(guān)標準相協(xié)調(diào),避免沖突或重復矛盾。
混凝土外加劑的綠色化生產(chǎn)
社會的可持續(xù)發(fā)展已成為世界各國共同追求的發(fā)展戰(zhàn)略目標。為適應這一戰(zhàn)略要求,建筑工程及其用于其中的建筑材料將朝著綠色、環(huán)保、節(jié)約資源和能源的方向發(fā)展,不適應時代發(fā)展需要的落后產(chǎn)品和落后技術(shù)將被淘汰,取而代之的是符合可持續(xù)發(fā)展需要的新產(chǎn)品和新技術(shù)。
混凝土外加劑作為一種化學建材,該材料在生產(chǎn)過程中常采用多種有機和無機物質(zhì),如甲醛、萘、三聚氰胺、丙酮,以及濃硫酸等。而在我國,普遍存在外加劑企業(yè)規(guī)模較小、工業(yè)生產(chǎn)操作不規(guī)范、生產(chǎn)設備簡陋和管理人員環(huán)保及安全意識淡薄等問題。這使得混凝土化學外加劑的生產(chǎn)對環(huán)境造成一定的污染,特別是對操作工人身體健康危害較大。
近年來,傳統(tǒng)磺酸鹽類減水劑的生產(chǎn)逐漸向規(guī)?;l(fā)展,產(chǎn)能較大的外加劑企業(yè)不斷涌現(xiàn),相應地,企業(yè)設備較為完備且趨向先進化,操作逐漸規(guī)范化,這使得一些外加劑生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)過程較為清潔。另外,聚羧酸系高性能減水劑的產(chǎn)業(yè)化,以及該劑種的迅速推廣,使得我國混凝土外加劑的綠色化生產(chǎn)成為趨勢。
混凝土外加劑廠家自動化設備的建設與設備自動化改造
長期以來,我國混凝土外加劑企業(yè)規(guī)模較小,設備投資力度不足,常采用人工對反應過程和復配過程進行控制,這對工人的素質(zhì)要求較高,并需要工人具有較強的責任心,反之則造成產(chǎn)品品質(zhì)的不穩(wěn)定,甚至產(chǎn)生不合格產(chǎn)品等問題。進入21世紀以來,企業(yè)基礎建設投資力度的增加,使得外加劑行業(yè)得到迅速發(fā)展,新的外加劑企業(yè)不斷投入建設生產(chǎn),正在生產(chǎn)的企業(yè)不斷擴大規(guī)模。其中一些新建廠家要求有全自動化或半自動化設備對整個外加劑生產(chǎn)線進行控制,已經(jīng)投產(chǎn)的企業(yè)出于對產(chǎn)品品質(zhì)的有效控制及產(chǎn)能的提高,要求對現(xiàn)有設備進行自動化改造。
混凝土外加劑質(zhì)量服務體系的建設
混凝土外加劑行業(yè)的進入門檻相對較低,包括資金進入門檻和技術(shù)門檻。這使得一些技術(shù)力量薄弱和投資額度較小的企業(yè)容易進入該行業(yè)。長期以來,形成技術(shù)力量和資金雄厚的企業(yè)與較為落后的小型或微型企業(yè)相互交雜的局面,可謂魚龍混雜。但對一個真正追求快速發(fā)展、追求前途光明的企業(yè)而言,其必須保證的是所生產(chǎn)的外加劑產(chǎn)品性能的優(yōu)異及售后技術(shù)服務人員水平的良好,否則難以保證施工的質(zhì)量,特別是面對施工現(xiàn)場復雜多變的各種影響因素和突發(fā)問題,如泌水離析和坍落度損失大等問題,并且將難以對應日益發(fā)展的混凝土技術(shù)和混凝土外加劑技術(shù),特別是聚羧酸系高性能減水劑體系的應用。
近幾年,行業(yè)注重了加強對生產(chǎn)技術(shù)人員和售后技術(shù)服務人員的技術(shù)培訓,這是提高我國混凝土外加劑行業(yè)整體水平的重要措施,特別是在現(xiàn)今國內(nèi)基礎設施建設大規(guī)模展開的情況下。這些工程對混凝土的質(zhì)量要求比較高,相對而言,對混凝土外加劑的性能要求也較高。例如,我國高速客運專線建設對混凝土外加劑的要求達到了較高的水平,聚羧酸系高性能減水劑成為首選產(chǎn)品,并幾乎成為唯一符合要求的產(chǎn)品?;炷敛牧闲袠I(yè)水平的提高必然要求混凝土外加劑行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量及應用技術(shù)服務水平提高,這樣才能確保外加劑的正確使用和建設工程的質(zhì)量。
近年來,我國混凝土外加劑領域發(fā)生了革命性的變化,新的技術(shù)、新的產(chǎn)品及新設備等不斷涌現(xiàn),以聚羧酸系高性能減水劑為代表的綠色高性能外加劑得到廣泛的應用,其生產(chǎn)應用技術(shù)不斷趨向成熟;中低性能混凝土外加劑開展了改性研究;標準規(guī)范趨向完善全面;混凝土外加劑的綠色化生產(chǎn)和設備的自動化以及混凝土外加劑質(zhì)量服務體系的建設將成為發(fā)展的趨勢。
邁入21世紀,外加劑的發(fā)展更是突飛猛進,外加劑的理論研究與應用技術(shù)水平,已經(jīng)大大縮小了我國與先進國家的差距,甚至某些研究水平已接近、達到或超過國際水平。目前摻外加劑的混凝土量占我國混凝土總量的40%~45%左右,主要集中在大中城市或一些大中型建設工程中,并且隨著建設工程量的不斷增加而持續(xù)快速發(fā)展。
近年來,我國國民經(jīng)濟發(fā)展迅速,促進了建筑行業(yè)的快速發(fā)展,從而帶動混凝土外加劑用量逐年增加。特別是在目前的全球性經(jīng)濟危機形勢下,從中央到地方,增加基礎建設投資力度,力求拉動內(nèi)需,以減少經(jīng)濟危機造成的危害。據(jù)統(tǒng)計,近期我國有近數(shù)十個省會城市包括直轄市已經(jīng)對未來幾年將要修建城市軌道交通進行了規(guī)劃,在全國范圍內(nèi)還將修建數(shù)百個機場,沿海地區(qū)正在建設24個核電機組,另外還有很多的水電站等工程在建或待建,其建筑工程量空前,外加劑行業(yè)的市場潛力巨大。
鑒于全球可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求,混凝土高性能化成為科研和工程技術(shù)人員所普遍接受的觀點,并成為保持混凝土行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要階段。作為高性能混凝土必不可少的組成部分,混凝土外加劑的質(zhì)量要求也相應提高了,如高減水率、高適應能力、高坍落度保持能力、低收縮、無氯離子及低堿含量等,并且某些特殊工程還要求配制具有特殊性能的外加劑。這促進了混凝土外加劑行業(yè)整體技術(shù)水平的發(fā)展,特別是新一代聚羧酸系高性能減水劑的研發(fā)成功與大規(guī)模應用,已經(jīng)成為近年來我國混凝土材料領域的熱點。由于聚羧酸系高性能減水劑生產(chǎn)工藝比萘系簡單,投資比萘系少,屬于環(huán)保產(chǎn)品,在性能上具有明顯的綜合優(yōu)勢,具有較好的技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益,因此改變了我國混凝土化學外加劑行業(yè)的格局,使我國混凝土外加劑行業(yè)逐漸由以萘系高效減水劑為基礎的混凝土外加劑體系向以聚羧酸系高性能減水劑為基礎的體系轉(zhuǎn)變。
可見,我國混凝土外加劑的整體發(fā)展趨勢是向上的,并且在不斷地迅速擴展延伸。
聚羧酸系高性能減水劑生產(chǎn)、應用技術(shù)趨于成熟
與萘系等第二代高效減水劑相比,國內(nèi)外最新一代聚羧酸系高性能減水劑,它的綜合技術(shù)性能優(yōu)勢和它自身的環(huán)保特點,已得到業(yè)內(nèi)人士及使用單位的認可。
事實上,聚羧酸系高性能減水劑在我國的研制開發(fā)與推廣應用由于我國高速鐵路網(wǎng)工程的需求,其發(fā)展進程比人們預期的要快得多,它無疑將成為今后混凝土外加劑主流技術(shù)的發(fā)展方向,這是大勢所趨。聚羧酸系高性能減水劑的推廣應用,是提高我國現(xiàn)代混凝土技術(shù)總體水平、提高我國混凝土總體質(zhì)量的必然要求,對于提高我國混凝土耐久性,進而提高我國建設工程的服務年限,對于建立節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地的節(jié)約性社會和環(huán)境保護等都具有重要意義。
近兩年來,我國聚乙二醇單甲醚、烯丙基聚乙二醇(統(tǒng)簡稱為聚醚)等生產(chǎn)、供應規(guī)模不斷發(fā)展。到目前為止,國內(nèi)聚醚生產(chǎn)廠家,如遼陽奧克化學集團有限公司、遼寧科隆精細化工股份有限公司、上海臺界化工有限公司、浙江皇馬化工集團有限公司等已形成較大工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。聚醚產(chǎn)品的質(zhì)量基本與國外產(chǎn)品水平相差無幾,已在國內(nèi)得到廣泛的應用。
聚醚是聚羧酸系高性能減水劑的主要原材料之一,近兩年來國內(nèi)外的聚醚生產(chǎn)廠家都在全力開發(fā)產(chǎn)品、開拓市場,生產(chǎn)供應能力顯著提高,可以說國內(nèi)原材料生產(chǎn)供應體系已經(jīng)建立,未來幾年我國聚羧酸系高性能減水劑的發(fā)展已經(jīng)具備了雄厚的原材料基礎。聚羧酸系高性能減水劑的另一主要原材料是甲基丙烯酸和丙烯酸,目前,國內(nèi)的有關(guān)生產(chǎn)廠家正在提高質(zhì)量、擴大規(guī)模,將會滿足市場部分需求。
另外,從目前的生產(chǎn)實踐來看,用于聚羧酸系高性能減水劑的其他單體與輔助原材料也完全可以立足國內(nèi)。
隨著酯化技術(shù)水平的提高與發(fā)展,國內(nèi)一些外加劑廠家逐漸掌握醚類單體酯化技術(shù),從而進一步降低聚羧酸系高性能減水劑的生產(chǎn)成本。醚類不飽和單體已基本成熟,并在工程中得到應用。由于采用該類單體制備的聚羧酸系高性能減水劑成本相對較低,更加容易為施工單位所接受。同時,合成工藝相對酯類聚羧酸系高性能減水劑較為簡單。這也使得聚羧酸系高性能減水劑在工業(yè)民用建筑中得到一定的推廣,并且該趨勢在逐漸加大。在工業(yè)萘價格長期居高不下的情況下,這種趨勢表現(xiàn)得更加突出。這為聚羧酸系高性能減水劑成為我國混凝土外加劑行業(yè)主導產(chǎn)品打下了基礎。
我國混凝土外加劑的復配技術(shù)是世界上最先進、最完善的。近幾年,伴隨聚羧酸系高性能減水劑的發(fā)展,其復配技術(shù)的發(fā)展也可謂突飛猛進、日新月異,為聚羧酸系高性能減水劑的推廣與應用起到了積極作用。
在聚羧酸系高性能減水劑得以廣泛應用的過程中,幾乎很少有聚羧酸系高性能減水劑產(chǎn)品未經(jīng)復配而直接應用到混凝土工程的實例,外加劑供應商和混凝土供應商大都根據(jù)施工要求、混凝土性能要求及其設計要求,采用物理復配的方式,選擇相容性較好的消泡劑,引氣劑,緩凝、早強、防凍組分或其他相關(guān)組分等與聚羧酸系高性能減水劑母液混合,通過反復多次現(xiàn)場混凝土性能試驗,最終確定用于實際混凝土工程復配好的聚羧酸系高性能減水劑產(chǎn)品配方。事實上,許多生產(chǎn)規(guī)模大、技術(shù)實力強的外加劑企業(yè)或混凝土攪拌站都具備相當?shù)耐饧觿团浼夹g(shù),他們部分借鑒、沿用了傳統(tǒng)減水劑的復配技術(shù),并在此基礎上,進一步結(jié)合聚羧酸系高性能減水劑的產(chǎn)品性能特點,研究開發(fā)了一系列有效的復配技術(shù),積累并總結(jié)了許多應用經(jīng)驗,使我國聚羧酸系高性能減水劑能夠順利、安全應用于高速鐵路、港口碼頭、水電大壩、市政工程等許多重點工程。諸多成功應用復配技術(shù)的聚羧酸系高性能減水劑混凝土工程充分證明,采用科學、合理、正確的復配技術(shù),是確保聚羧酸系高性能減水劑健康發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。我們不難預期,未來幾年,隨著我國聚羧酸系高性能減水劑技術(shù)的不斷發(fā)展,其復配技術(shù)水平也將不斷提高與進步。
誠然,聚羧酸系高性能減水劑的復配技術(shù)尚不成熟,存在不少缺陷。例如,一是聚羧酸系減水劑與不同牌號、不同品種的引氣劑、消泡劑,以及早強、緩凝、防凍等組分之間存在相容性問題,表現(xiàn)在物理變化,如懸浮、變色、變味;二是與不同牌號、不同品種的引氣劑、消泡劑、增稠劑或緩凝、早強、防凍等組分復配后的聚羧酸系減水劑與水泥之間的相容性也存在差異,這些差異對混凝土相關(guān)性能影響也不同,有的不能獲得較好的塑化性和引氣效果,有的還會出現(xiàn)含氣量損失、波動等不穩(wěn)定的現(xiàn)象,因此繼續(xù)深入研究并解決聚羧酸系高性能減水劑復配技術(shù)是對聚羧酸高性能減水劑應用技術(shù)瓶頸的重大突破。
高速鐵路客運工程幾乎全部使用聚羧酸系高性能減水劑,包括到2006年年底已開工的武廣、京津、鄭西、石太、合武、甬臺溫、膠濟、達成、溫福、福廈等 11條客運專線,其累計總里程約3000公里,還有目前處于開工準備階段的京滬、太中銀、廣珠、哈大等4條客運專線,總里程約3000余公里??焖倏瓦\專線設計使用年限應滿足100年,這正是聚羧酸系高性能減水劑發(fā)揮性能優(yōu)勢的極好機會。實踐證明,聚羧酸系高性能減水劑對于保證鐵路工程建設的進度和質(zhì)量發(fā)揮了十分重要的作用。也正是鐵路工程高度重視混凝土耐久性,極大地推動了聚羧酸系高性能減水劑在鐵路工程建設中的迅速推廣。
重大海洋工程對混凝土的耐久性要求很高,在這一領域聚羧酸系高性能減水劑同樣顯示出獨特的技術(shù)性能優(yōu)勢。東海大橋、杭州灣跨海大橋等海洋工程在設計中明確提出了百年耐久性的概念,為此,工程建設過程中也使用了聚羧酸系高性能減水劑,經(jīng)實際測試驗證,使用效果良好。
南水北調(diào)工程是一項大規(guī)模、遠距離、跨流域、十分復雜、龐大、艱巨的系統(tǒng)工程,所經(jīng)過區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境復雜多變,工程要求混凝土具備高抗?jié)B性能、高抗凍性能等性能。
北京奧運工程、北京首都國際機場、中央電視臺新臺址、上海環(huán)球金融中心等重點工程同樣十分重視混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和施工和易性,也選擇了聚羧酸系高性能減水劑作為技術(shù)保證措施之一。
由此可見,由于聚羧酸系高性能減水劑的綜合性能優(yōu)勢,越來越多的工程---不僅僅是鐵路、橋梁等重大基礎設施建設,也已經(jīng)推廣至重點民用建筑開始主動選擇聚羧酸系高性能減水劑,以保證混凝土的綜合性能質(zhì)量??梢韵嘈?,隨著聚羧酸系高性能減水劑成本的逐步降低,隨著聚羧酸系高性能減水劑的應用技術(shù)逐步成熟,聚羧酸系高性能減水劑在普通混凝土工程中也將逐漸成為主角。
聚羧酸系高性能外加劑的多功能化
目前,國內(nèi)在以萘系高效減水劑為基礎的高效減水劑時代向以聚羧酸系高性能減水劑為基礎的高性能減水劑時代轉(zhuǎn)變。在高效減水劑時代,通過對萘系高效減水劑的復配技術(shù),可獲得泵送劑、泵送型防凍劑、緩凝型減水劑、早強型減水劑、引氣型減水劑、促凝型減水劑等符合多種建筑施工的混凝土外加劑。而對于聚羧酸系高性能減水劑,其起步相對較晚,多種類的聚羧酸系高性能外加劑還相對不夠成熟。但通過近年來科研和工程技術(shù)人員的研究,采用有機合成及復合等方式,制備出早強型聚羧酸系外加劑、保塑型聚羧酸系外加劑、防凍型聚羧酸系外加劑和促凝型聚羧酸系外加劑等。這也是向高性能減水劑時代邁進的重要步驟。然而,需要指出的是這些具有特種性能的聚羧酸系外加劑需要滿足高性能外加劑的基本條件,即高減水率和低有害物質(zhì)含量,以及較低的收縮率。
中低性能混凝土外加劑的改性技術(shù)
萘系高效減水劑仍然是我國使用量最大的高效減水劑。但多數(shù)情況下,萘系減水劑有許多缺陷,如坍落度損失大,易離析泌水、混凝土收縮大等,另外生產(chǎn)萘系減水劑的原材料不環(huán)保,加之近幾年工業(yè)萘價格波動較大等因素,人們不得不考慮萘系減水劑的前途問題。從“以市場為導向” 為立足點分析,萘系減水劑的發(fā)展前景有二:一是接枝改性;二是逐漸被其他減水劑產(chǎn)品取代。這也是混凝土外加劑的未來發(fā)展方向。
木質(zhì)素磺酸鹽減水劑屬于資源化再利用的環(huán)保型外加劑產(chǎn)品,大都是從造紙工業(yè)廢棄液的副產(chǎn)品---紙漿廢液中提取,并經(jīng)過化學處理而成。由于它的環(huán)保特性,在國外被廣泛使用,韓國每年從中國進口6萬噸液體木質(zhì)素磺酸鹽,而美國、英國、日本、歐洲等發(fā)達國家也都從中國大量進口木質(zhì)素磺酸鹽。木質(zhì)素磺酸鹽在我國長期被用作普通減水劑或復合減水劑的原料使用,由于它自身存在一些缺陷,如引氣量大、減水率不理想、緩凝作用等原因,在我國使用量并不多,使用面也不廣。今后應正確評價其技術(shù)特性,提倡利用化學改性的方法,降低其引氣量,提高減水率,提高強度增長率,使改性后的木質(zhì)素磺酸鹽減水劑滿足混凝土施工和混凝土質(zhì)量的更高要求,并在實際工程中拓展木質(zhì)素磺酸鹽減水劑的工程應用范圍。
混凝土外加劑標準規(guī)范體系逐步完善
混凝土外加劑的特點是品種多、摻量小、作用大,它對混凝土性能的改善有著至關(guān)重要的影響,外加劑與混凝土的關(guān)系又是相輔相成、相互依存的。因此它的質(zhì)量控制、品種的選擇、應用技術(shù)等相比其他工程材料更為重要。20多年來我國先后制定、修訂了一系列混凝土外加劑和外加劑應用技術(shù)標準規(guī)范。我們必須正確評價這些標準規(guī)范在我國建筑業(yè)發(fā)展的不同時期、不同條件下所產(chǎn)生的積極影響和重要作用,使我國外加劑產(chǎn)品有了統(tǒng)一的質(zhì)量標準,規(guī)范了外加劑的工程應用,也促進了我國混凝土技術(shù)的發(fā)展。進入21世紀以來,由于外加劑新產(chǎn)品、新技術(shù)的涌現(xiàn),以及外加劑的廣泛應用和普及,我國混凝土外加劑標準規(guī)范也隨之不斷地進行制定、修訂,并且在制定與修訂中,盡可能使標準規(guī)范具有科學性、合理性和具有可操作性。真正有效促進了外加劑新產(chǎn)品、新技術(shù)的開發(fā)與推廣應用,基本滿足了外加劑行業(yè)快速發(fā)展的需要,同時促進了混凝土技術(shù)的發(fā)展與進步,這是一個不爭的事實。
不過還有一些不盡人意的狀況,由于我國外加劑標準規(guī)范修訂周期過長,導致現(xiàn)行規(guī)范凸顯諸多缺陷,并滯后于技術(shù)的進步。眾所周知,我國外加劑種類繁多、技術(shù)指標差異大、外加劑配方相互保密,產(chǎn)品質(zhì)量容易波動或不穩(wěn)定,加之水泥、砂石、摻合料等質(zhì)量狀況不佳,因此,混凝土外加劑是在施工應用過程中極容易出現(xiàn)各種問題的一種特殊性工程材料,其中最典型和常見的熱點與難點問題是:外加劑與水泥的適應性問題,新拌外加劑混凝土坍落度損失問題,因外加劑引起的混凝土泌水、離析的問題(另外還存在滯后泌水的問題),硬化混凝土表面蜂窩麻面及干縮開裂等一系列問題。另外,如果發(fā)生錯誤計量、錯誤摻入外加劑導致混凝土產(chǎn)生的假凝、緩凝、強度倒縮等現(xiàn)象,還存在冬季施工混凝土早期強度過低等問題,這些問題都是目前工程施工當中普遍存在的問題,也是施工人員最為困擾,并難以解決的實際問題。
目前,由中國建筑科學研究院主編的國家標準《混外加劑應用技術(shù)規(guī)范》GB50119-2003正在修訂之中,本次修訂的原則是要考慮我國國情,充分吸納采用先進技術(shù),淘汰落后技術(shù),確保滿足摻外加劑混凝土的施工要求,確?;炷恋氖┕べ|(zhì)量;充分考慮外加劑及其混凝土質(zhì)量檢驗及驗收項目與方法的可操作性與實用性;充分考慮與國際先進標準接軌,并與我國相關(guān)標準相協(xié)調(diào),避免沖突或重復矛盾。
混凝土外加劑的綠色化生產(chǎn)
社會的可持續(xù)發(fā)展已成為世界各國共同追求的發(fā)展戰(zhàn)略目標。為適應這一戰(zhàn)略要求,建筑工程及其用于其中的建筑材料將朝著綠色、環(huán)保、節(jié)約資源和能源的方向發(fā)展,不適應時代發(fā)展需要的落后產(chǎn)品和落后技術(shù)將被淘汰,取而代之的是符合可持續(xù)發(fā)展需要的新產(chǎn)品和新技術(shù)。
混凝土外加劑作為一種化學建材,該材料在生產(chǎn)過程中常采用多種有機和無機物質(zhì),如甲醛、萘、三聚氰胺、丙酮,以及濃硫酸等。而在我國,普遍存在外加劑企業(yè)規(guī)模較小、工業(yè)生產(chǎn)操作不規(guī)范、生產(chǎn)設備簡陋和管理人員環(huán)保及安全意識淡薄等問題。這使得混凝土化學外加劑的生產(chǎn)對環(huán)境造成一定的污染,特別是對操作工人身體健康危害較大。
近年來,傳統(tǒng)磺酸鹽類減水劑的生產(chǎn)逐漸向規(guī)?;l(fā)展,產(chǎn)能較大的外加劑企業(yè)不斷涌現(xiàn),相應地,企業(yè)設備較為完備且趨向先進化,操作逐漸規(guī)范化,這使得一些外加劑生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)過程較為清潔。另外,聚羧酸系高性能減水劑的產(chǎn)業(yè)化,以及該劑種的迅速推廣,使得我國混凝土外加劑的綠色化生產(chǎn)成為趨勢。
混凝土外加劑廠家自動化設備的建設與設備自動化改造
長期以來,我國混凝土外加劑企業(yè)規(guī)模較小,設備投資力度不足,常采用人工對反應過程和復配過程進行控制,這對工人的素質(zhì)要求較高,并需要工人具有較強的責任心,反之則造成產(chǎn)品品質(zhì)的不穩(wěn)定,甚至產(chǎn)生不合格產(chǎn)品等問題。進入21世紀以來,企業(yè)基礎建設投資力度的增加,使得外加劑行業(yè)得到迅速發(fā)展,新的外加劑企業(yè)不斷投入建設生產(chǎn),正在生產(chǎn)的企業(yè)不斷擴大規(guī)模。其中一些新建廠家要求有全自動化或半自動化設備對整個外加劑生產(chǎn)線進行控制,已經(jīng)投產(chǎn)的企業(yè)出于對產(chǎn)品品質(zhì)的有效控制及產(chǎn)能的提高,要求對現(xiàn)有設備進行自動化改造。
混凝土外加劑質(zhì)量服務體系的建設
混凝土外加劑行業(yè)的進入門檻相對較低,包括資金進入門檻和技術(shù)門檻。這使得一些技術(shù)力量薄弱和投資額度較小的企業(yè)容易進入該行業(yè)。長期以來,形成技術(shù)力量和資金雄厚的企業(yè)與較為落后的小型或微型企業(yè)相互交雜的局面,可謂魚龍混雜。但對一個真正追求快速發(fā)展、追求前途光明的企業(yè)而言,其必須保證的是所生產(chǎn)的外加劑產(chǎn)品性能的優(yōu)異及售后技術(shù)服務人員水平的良好,否則難以保證施工的質(zhì)量,特別是面對施工現(xiàn)場復雜多變的各種影響因素和突發(fā)問題,如泌水離析和坍落度損失大等問題,并且將難以對應日益發(fā)展的混凝土技術(shù)和混凝土外加劑技術(shù),特別是聚羧酸系高性能減水劑體系的應用。
近幾年,行業(yè)注重了加強對生產(chǎn)技術(shù)人員和售后技術(shù)服務人員的技術(shù)培訓,這是提高我國混凝土外加劑行業(yè)整體水平的重要措施,特別是在現(xiàn)今國內(nèi)基礎設施建設大規(guī)模展開的情況下。這些工程對混凝土的質(zhì)量要求比較高,相對而言,對混凝土外加劑的性能要求也較高。例如,我國高速客運專線建設對混凝土外加劑的要求達到了較高的水平,聚羧酸系高性能減水劑成為首選產(chǎn)品,并幾乎成為唯一符合要求的產(chǎn)品?;炷敛牧闲袠I(yè)水平的提高必然要求混凝土外加劑行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量及應用技術(shù)服務水平提高,這樣才能確保外加劑的正確使用和建設工程的質(zhì)量。
近年來,我國混凝土外加劑領域發(fā)生了革命性的變化,新的技術(shù)、新的產(chǎn)品及新設備等不斷涌現(xiàn),以聚羧酸系高性能減水劑為代表的綠色高性能外加劑得到廣泛的應用,其生產(chǎn)應用技術(shù)不斷趨向成熟;中低性能混凝土外加劑開展了改性研究;標準規(guī)范趨向完善全面;混凝土外加劑的綠色化生產(chǎn)和設備的自動化以及混凝土外加劑質(zhì)量服務體系的建設將成為發(fā)展的趨勢。