混凝土減水劑研究進(jìn)展綜述

蒲德紅 翟文光 周敬程

(1.重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，重慶 401121； 2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074)

混凝土減水劑研究進(jìn)展綜述

蒲德紅1翟文光2周敬程2

(1.重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，重慶 401121； 2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074)

在總結(jié)和論述國(guó)內(nèi)外減水劑的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)減水劑進(jìn)行了分類，并對(duì)5種常見(jiàn)減水劑的摻量、減水率、保坍性、引氣量、28 d混凝土強(qiáng)度值、優(yōu)缺點(diǎn)、發(fā)展前景及改性方法等進(jìn)行了分析與比較，探討了現(xiàn)階段我國(guó)減水劑研究和應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，指出加強(qiáng)減水劑復(fù)配與改性技術(shù)，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)越、成本低、綠色化的新型減水劑是今后的研究重點(diǎn)。

混凝土，減水劑，性能，發(fā)展

0 引言

近年來(lái)，隨著混凝土工業(yè)的高速發(fā)展，混凝土外加劑的研發(fā)也逐漸深入，成為拌制混凝土不可或缺的“第六組份”，并取得了良好的工程效果。作為目前使用最為廣泛的混凝土外加劑——減水劑，也在不斷更迭，其性能不斷提高。總體來(lái)說(shuō)，減水劑具有以下功能[1，2]：減少拌合水量，從而提高混凝土強(qiáng)度；增大混凝土的流變性；節(jié)約水泥，降低造價(jià)。目前我國(guó)減水劑的品種繁多，質(zhì)量參差不齊，另外在混凝土拌合時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)泌水漏漿、離析分層、“扒底”等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的推廣與應(yīng)用，阻礙了減水劑工業(yè)的進(jìn)步。針對(duì)上述現(xiàn)象，該文綜述了減水劑的應(yīng)用現(xiàn)狀、產(chǎn)品種類、最佳摻量、工程特性及其適用范圍，有助于工作人員在實(shí)際工程中合理地選擇和運(yùn)用減水劑，同時(shí)指出現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)減水劑研究與使用中存在的問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展方向，供同行參考。

1 減水劑的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀

目前，木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑主要用于物理復(fù)配或通過(guò)化學(xué)改性得到偶氮化磺化木質(zhì)素，其單獨(dú)使用越來(lái)越少；萘系減水劑種類多，應(yīng)用最為廣泛，但呈下降趨勢(shì)；聚羧酸系減水劑性能優(yōu)越，減水率高，但價(jià)格昂貴，限制了其推廣應(yīng)用。

1.1 國(guó)外減水劑的發(fā)展歷程

20世紀(jì)40年代，美國(guó)成功研制出以木質(zhì)素磺酸鹽為主要成分的“普濁里”減水劑，標(biāo)志著混凝土減水劑生產(chǎn)和應(yīng)用的起點(diǎn)[3]。50年代，木質(zhì)素磺酸鹽減水劑在美國(guó)冬季混凝土和大壩混凝土施工中得到大量使用[4]。與現(xiàn)階段常用減水劑相比，該類減水劑具有明顯的缺點(diǎn)(如減水率低、含氣量大、容易出現(xiàn)緩凝、適應(yīng)性較差等)，但它是混凝土外加劑研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重大跨越，實(shí)現(xiàn)了減水劑“從無(wú)到有”的突破，仍值得肯定。1962年，日本研制出萘系高效減水劑，標(biāo)志著第二代減水劑的產(chǎn)生。與第一代減水劑相比，該類減水劑具有減水率高、引氣量低、早強(qiáng)效果好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也為高性能混凝土的研發(fā)提供了技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代，日本和德國(guó)先后研究聚羧酸減水劑[5]。聚羧酸系減水劑的研發(fā)與應(yīng)用是減水劑領(lǐng)域發(fā)展的一次質(zhì)的飛躍，為減水劑的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)全新的時(shí)代，同時(shí)也大大推進(jìn)了混凝土技術(shù)的發(fā)展。聚羧酸減水劑不僅減水率大(可高達(dá)35%左右)，施工環(huán)境溫度要求低，與各類混凝土相容性好，而且能很好的控制混凝土的坍落度，避免使用其他減水劑易出現(xiàn)的離析分層、泌水嚴(yán)重、引氣量大、緩凝等問(wèn)題。

1.2 國(guó)外減水劑的研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)外減水劑的研究以聚羧酸系為主，其先進(jìn)水平可以對(duì)聚羧酸大分子的側(cè)鏈進(jìn)行最精確的控制，使聚羧酸實(shí)現(xiàn)菜單式服務(wù)，達(dá)到理想的使用效果。而木質(zhì)素類減水劑單獨(dú)應(yīng)用空間極小，萘系減水劑的使用呈減小趨勢(shì)。近幾年，國(guó)外對(duì)聚羧酸系減水劑的研究主要集中在如下幾個(gè)方面[6，7]：

1)減水劑分子結(jié)構(gòu)及合成工藝研究；

2)減水劑分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系研究；

3)減水劑母液系列化及母液間的復(fù)配研究；

4)減水劑應(yīng)用技術(shù)研究。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在日本混凝土行業(yè)中聚羧酸系減水劑的應(yīng)用比例高達(dá)90%左右；歐洲國(guó)家的這一數(shù)值在50%左右，在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用還不太普遍。

1.3 國(guó)內(nèi)減水劑的發(fā)展歷程

我國(guó)關(guān)于減水劑的研究起步較晚，但發(fā)展迅速，勢(shì)頭良好。20世紀(jì)50年代，我國(guó)開(kāi)始木質(zhì)素磺酸鹽減水劑的研究與實(shí)際應(yīng)用。70年代，我國(guó)萘系高效減水劑的研究有了很大突破，該減水劑生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，且具有減水率高、引氣量較低和不易出現(xiàn)緩凝等獨(dú)特的物化功能，成為目前我國(guó)應(yīng)用面最廣、產(chǎn)量最大的減水劑類別。90年代后期，我國(guó)氨基磺酸鹽、改性三聚氰胺、脂肪族高效減水劑得到迅猛發(fā)展[8]。減水劑在促進(jìn)我國(guó)混凝土行業(yè)的迅速發(fā)展的同時(shí)，也使得工業(yè)副產(chǎn)品在膠凝材料系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用，在節(jié)約水泥、減少造價(jià)的同時(shí)，也有效控制了工業(yè)廢料對(duì)環(huán)境的污染。減水劑作為一種活性外加劑，已逐步成為高性能混凝土配制不可或缺的材料[9]。

目前，在高層建筑、橋梁、水利、水電等國(guó)家重大工程中，聚羧酸系減水劑都得以廣泛使用[7]。雖然該類減水劑存在諸多優(yōu)點(diǎn)，但不同的聚羧酸系減水劑與水泥的相容性不同，且對(duì)消泡劑、引氣劑的選擇性較強(qiáng)，有可能導(dǎo)致所拌混凝土硬化后強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間存在很大差異，一定程度上制約了聚羧酸減水劑的發(fā)展。

1.4 國(guó)內(nèi)減水劑的研究現(xiàn)狀

目前，我國(guó)減水劑的研究主要圍繞物理復(fù)配改性和化學(xué)反應(yīng)改性展開(kāi)[10]。單一的減水劑由于其本身性能的缺陷，往往難以達(dá)到混凝土生產(chǎn)的要求，在單方減水劑中添加復(fù)合成分(輔助外加劑)，經(jīng)物理方法混勻，可彌補(bǔ)其性能上的缺點(diǎn)，來(lái)達(dá)到所需產(chǎn)品的效果。物理復(fù)配的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：各單方減水劑間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，降低減水劑用量，節(jié)約成本?；瘜W(xué)改性主要通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使減水劑分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變來(lái)達(dá)到改性的目的。如[11]：在較長(zhǎng)的主鏈上鏈接羥基、羧酸基、氨基等各種活性基團(tuán)。

聚羧酸系減水劑作為新生代減水劑的代表，以其優(yōu)越的性能受到行業(yè)的推崇，但我國(guó)關(guān)于聚羧酸減水劑的探究與國(guó)外相比仍存在相當(dāng)大的差距，該類減水劑的合成技術(shù)、復(fù)配技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)等有待進(jìn)一步突破和發(fā)展。

2 常見(jiàn)減水劑類型及性能比較

近年來(lái)，隨著混凝土研究進(jìn)程的加快，減水劑得到廣泛應(yīng)用，其類型也越來(lái)越多，根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，減水劑可分為以下幾種類型，見(jiàn)表1。

表1 減水劑分類

在工程中，常根據(jù)不同需求選擇不同性能的減水劑，以達(dá)到預(yù)期工程效果?，F(xiàn)從以下幾個(gè)方面對(duì)常見(jiàn)減水劑的性能進(jìn)行分析、比較，為工程中減水劑的選擇使用提供依據(jù)，見(jiàn)表2。

3 存在的問(wèn)題

1)污染問(wèn)題。諸多的萘系減水劑在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)一定的環(huán)境污染問(wèn)題。除了改性木素磺酸鹽高效減水劑外，其他減水劑大都需要用到大量的石油產(chǎn)品作為原料，不符合綠色混凝土發(fā)展的要求[12]。

表2 常見(jiàn)減水劑性能比較 %

2)適應(yīng)性問(wèn)題。若配置出的混凝土易出現(xiàn)離析、泌水、坍落度損失較快等現(xiàn)象，說(shuō)明這種減水劑與水泥適應(yīng)性較差[13]。減水劑適應(yīng)性問(wèn)題涉及學(xué)科廣泛，如：電化學(xué)、表面物理化學(xué)、水泥化學(xué)等，各學(xué)科間形成復(fù)雜的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，有待于進(jìn)一步探究。

3)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不健全。國(guó)內(nèi)減水劑種類繁多，質(zhì)量參差不齊，目前尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范適用于所有的減水劑?，F(xiàn)存的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)減水劑中一些有害成分含量要求低、適應(yīng)性差等問(wèn)題嚴(yán)重制約了減水劑的進(jìn)一步發(fā)展。因此，亟需一種科學(xué)合理、適應(yīng)范圍廣、可靠性強(qiáng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)減水劑加以規(guī)范[14]。

4 我國(guó)減水劑的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 減水劑的復(fù)配與改性

減水劑可通過(guò)復(fù)配技術(shù)獲得優(yōu)良性能的疊加以適應(yīng)市場(chǎng)需求和發(fā)展需要，滿足不同環(huán)境對(duì)減水劑的特殊要求，適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。復(fù)配和改性的最終目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出性能高、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、節(jié)約資源、利于環(huán)保的減水劑。

4.2 聚羧酸系高性能減水劑的研究

聚羧酸系高性能減水劑具有減水率大、強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯、坍落度損失小、與水泥適應(yīng)性良好、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)[15]。作為新一代減水劑的典型代表，聚羧酸系高性能減水劑是我國(guó)減水劑行業(yè)在未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

4.3 減水劑綠色化

綠色化生產(chǎn)是21世紀(jì)各行業(yè)各領(lǐng)域發(fā)展的主導(dǎo)方向，混凝土行業(yè)作為國(guó)民建設(shè)的基礎(chǔ)行業(yè)，其產(chǎn)量大、應(yīng)用范圍廣，對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有極其重要的意義，因此更應(yīng)順應(yīng)這一時(shí)代要求。減水劑作為拌制混凝土使用量最大外加劑，其綠色化發(fā)展也將成為必然。因此，性能優(yōu)越、生產(chǎn)成本低、資源消耗低、有利于環(huán)保的新型高效減水劑將是21世紀(jì)減水劑行業(yè)發(fā)展的一種趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

就綜合性能而言，聚羧酸系減水劑優(yōu)于其他系列減水劑，具備更廣闊的應(yīng)用空間，因此它符合當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展。但金無(wú)足赤，聚羧酸高性能減水劑也存在著價(jià)格昂貴，對(duì)消泡劑、引氣劑的選擇性較強(qiáng)等諸多不足之處，而普通減水劑和高效減水劑有著技術(shù)成熟、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)與獨(dú)到之處。因此在今后一定時(shí)期內(nèi)，各類減水劑還將并存發(fā)展，并通過(guò)改進(jìn)技術(shù)不斷地提高各自的性能。我國(guó)減水劑發(fā)展方向明確，政策環(huán)境具備，社會(huì)需求巨大，通過(guò)科研人員與生產(chǎn)廠家的研究和合作，定會(huì)取得突破性進(jìn)展。

[1] 王 燕.水鎂石纖維混凝土路面材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[2] 宋 莉.寒區(qū)隧道混凝土抗防凍施工技術(shù)[D].重慶：西南交通大學(xué)，2011.

[3] 苗 春.減水劑優(yōu)化配伍與設(shè)計(jì)理論方法研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2004.

[4] 孫振平，蔣正武，張冠倫.混凝土外加劑與混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展[A].第三屆全國(guó)商品混凝土信息技術(shù)交流大會(huì)暨2006全國(guó)商品混凝土年會(huì)論文集[C].2007.

[5] 胡向博.聚羧酸系高效減水劑的合成優(yōu)化試驗(yàn)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2010.

[6] 蘇 瑜，龐 浩，蔣冰艷.聚羧酸系混凝土減水劑的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].現(xiàn)代化工，2011(4)：14-17，27.

[7] 房滿滿，西曉林，林 東.聚羧酸系高效減水劑的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景[J].材料導(dǎo)報(bào)，2008(3)：76-79.

[8] 郭登峰，劉 紅，劉 準(zhǔn).混凝土減水劑研究現(xiàn)狀和進(jìn)展[J].混凝土，2010(7)：79-82.

[9] 天 培，王 玲.我國(guó)混凝土外加劑現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].施工技術(shù)，2009(4)：11-15.

[10] 王萬(wàn)林，王海濱，霍冀川.木質(zhì)素磺酸鹽減水劑改性研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2011(5)：1039-1044.

[11] 呂智英，胡曉波.高效減水劑的改性研究綜述[J].混凝土，2007(3)：63-68.

[12] 歐陽(yáng)新平，李 嘉，邱學(xué)青.混凝土減水劑的發(fā)展與綠色化[J].世界科技研究與發(fā)展，2006(2)：30-36.

[13] 張惠平，魯統(tǒng)衛(wèi).談山東地區(qū)混凝土外加劑與水泥的相容性[J].混凝土，2005(9)：25-29.

[14] 王軍偉，趙 柯，王文雷，等.我國(guó)減水劑標(biāo)準(zhǔn)中存在的問(wèn)題[A].第四屆全國(guó)混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)專業(yè)委員會(huì)年會(huì)論文集[C].2009.

[15] 李 超，黃雁飛，王迎飛，等.HSP型聚羧酸減水劑性能試驗(yàn)研究[J].水運(yùn)工程，2008(6)：23-28.

On survey of concrete water reducing agent

Pu Dehong1Zhai Wenguang2Zhou Jingcheng2

(1.ChongqingInstituteofCommunicationsSurveyandDesign,Chongqing401121,China; 2.ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China)

Based on the summary of the development and research on the water reducing agent at home and abroad, classifies the water reducing agent, analyzes and compares the mixture amount, water reducing ratio, slump resistance, air entraining amount, 28 d concrete intensity values, advantages and disadvantages, prospects and modification methods of five common water reducing agents, explores some problems in current study on the agent in China, indicates the prospect for the agent’s development, and points out the formulation and modification technique of the agent has the advantages in developing its performance with low cost, so the green water reducing agent will be the research key points in the future.

concrete, water reducing agent, performance, development

1009-6825(2015)30-0105-03

2015-08-13

蒲德紅(1971- )，男，高級(jí)工程師

TU528.042

A