喬敏，冉千平

（江蘇蘇博特新材料股份有限公司，高性能土木工程材料國家重點實驗室，江蘇 南京 211103）

1 混凝土減水劑的應(yīng)用領(lǐng)域及現(xiàn)狀

混凝土是目前使用量最大的建筑材料，我國又是全世界混凝土的最大使用國。目前按照混凝土施工方式來分主要包括預(yù)拌混凝土、現(xiàn)澆混凝土和預(yù)制混凝土。而減水劑作為一種混凝土外加劑，雖然只有幾十年的發(fā)展歷史，但它的發(fā)展速度非?？?，并在高強、高性能混凝土技術(shù)發(fā)展過程中扮演著舉足輕重的角色。對于預(yù)拌混凝土來說，對于混凝土的流動性和保坍性能要求較高，目前主要使用的是聚羧酸類高性能減水劑，這類減水劑減水率最高，保坍性能好，特別適用于混凝土的遠距離運輸；對于預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土來說，混凝土的保坍性能要求不高，但是對于混凝土的外觀美觀性、質(zhì)量穩(wěn)定性、材料波動的適應(yīng)性和用水量的敏感性等方面要求均較高，萘系等高效減水劑具有減水率高、對于質(zhì)量較差材料的適應(yīng)性好、所制備的混凝土的外觀美觀性好等優(yōu)點，特別適用于預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土領(lǐng)域[1－3]。

據(jù)中國建材聯(lián)合會混凝土外加劑分會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示[4]，2015年中國混凝土減水劑總消耗量在851.7萬t，其中聚羧酸高性能減水劑和萘系高效減水劑的產(chǎn)量分別達到621.9萬t和180.6萬t（見表1），占減水劑總消耗量的73.0%和21.2%，占據(jù)了減水劑市場的主要份額，這2類減水劑是目前用量最大、使用范圍最廣的減水劑種類。

表1 2011～2015年我國混凝土減水劑的市場情況 萬t

2 混凝土減水劑的市場前景及所面臨的問題

據(jù)國家統(tǒng)計局信息顯示，2010～2016年我國固定資產(chǎn)投資長期保持10%以上的增幅，其中基礎(chǔ)設(shè)施投資是支撐固定資產(chǎn)投資增速的主要因素，2016年基礎(chǔ)設(shè)施投資總額為11.9萬億元，同比增長17.4%。隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，我國的水泥及混凝土產(chǎn)量持續(xù)走高，2016年全國水泥產(chǎn)量止跌回升達到24.05億t，同比增長2.5%；2016年商品混凝土產(chǎn)量17.92億m3，同比增長7.4%。經(jīng)預(yù)測，“十三五”期間我國商品混凝土產(chǎn)量將持續(xù)穩(wěn)定攀升，保持6%～8%的年增長率，這將直接帶動混凝土外加劑需求量的攀升。見圖1。

圖1 “我國混凝土外加劑“十二五”期間產(chǎn)量統(tǒng)計及“十三五”期間的產(chǎn)量預(yù)測

聚羧酸高性能減水劑自20世紀80年代問世以來，由于具有摻量低、保坍性能好、混凝土收縮率低、分子結(jié)構(gòu)上可調(diào)性強、高性能化的潛力大、生產(chǎn)過程中不使用甲醛等突出優(yōu)點，越來越倍受業(yè)內(nèi)人士以及使用單位的高度關(guān)注[5]，目前已經(jīng)成為預(yù)拌混凝土主要使用的減水劑類型，廣泛應(yīng)用于高速鐵路、高速公路、橋梁、隧道、地鐵、核電、高層建筑等國家重大重點工程，解決了一系列的技術(shù)難題：如特大型跨江海橋梁和超高層建筑建設(shè)需要長距離運輸混凝土，則要求其流動性3 h內(nèi)幾乎不損失且實現(xiàn)自密實；核電工程要求混凝土90 min內(nèi)坍落度持續(xù)穩(wěn)定控制在（12±2）cm；用于洲際導(dǎo)彈發(fā)射井等重要軍事設(shè)施則要求混凝土超高強等[6]。隨著我國重大基礎(chǔ)設(shè)施工程的飛速發(fā)展，聚羧酸系高性能減水劑自2005年起在我國進入了快速發(fā)展階段，僅10年時間，其用量從2005年的5萬t發(fā)展到2015年的622萬t，增長了約125倍。但是近幾年來，全球資源危機和天然原材料匱乏的形勢日趨嚴峻，人工骨料以及煤矸石、脫硫灰、尾礦等替代資源在混凝土中逐步使用，聚羧酸高性能減水劑在新的復(fù)雜組分體系中和嚴酷環(huán)境下適應(yīng)性問題越來越突出。

萘系高效減水劑由于對水泥、砂石材料的適應(yīng)性強、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、混凝土外觀質(zhì)量好等優(yōu)點，在目前材料普通的混凝土和預(yù)制混凝土的減水劑市場中占據(jù)著主要份額[2]。在混凝土產(chǎn)品中，預(yù)制混凝土生產(chǎn)周期短、質(zhì)量易于控制及施工效率高，是混凝土行業(yè)的重要發(fā)展趨勢。隨著住宅工業(yè)化、城市軌道交通、房地產(chǎn)和地下綜合管廊等項目的大力建設(shè)，混凝土制品的需求將會越來越大（引自混凝土與水泥制品行業(yè)“十三五”規(guī)劃），這將顯著帶動萘系高效減水劑的使用。同時，目前海外市場中萘系高效減水劑為主要的減水劑品種，因此在國家實施的“一帶一路”戰(zhàn)略和國際化合作格局的帶動下，我國的減水劑（尤其是萘系減水劑）將越來越多的進入海外市場，目前萘系高效減水劑是我國減水劑出口的主力軍，據(jù)國家海關(guān)總署統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2016年的高效減水劑出口36.9萬t，其中萘系減水劑所占的比例高達86.5%。同時相比2015～2017年的出口數(shù)據(jù)顯示，近3年來高效減水劑的出口額呈現(xiàn)逐步攀升的趨勢，可見萘系高效減水劑具有非常廣大的海外市場前景。但是目前由于萘系減水劑生產(chǎn)過程中的環(huán)保問題日益突出，導(dǎo)致目前大多數(shù)的中小型萘系減水劑生產(chǎn)廠家被關(guān)停，這限制了萘系減水劑的產(chǎn)能，同時也促進了萘系減水劑產(chǎn)業(yè)往清潔化生產(chǎn)方向進行轉(zhuǎn)型升級。

隨著“一帶一路”、“海洋大開發(fā)”及“新型城鎮(zhèn)化”等國家戰(zhàn)略的實施，海洋工程、地下工程、大型橋梁、高速鐵路等重大工程以及各大城市的綜合管網(wǎng)建設(shè)、裝配式住宅工業(yè)、城市軌道交通、房地產(chǎn)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力發(fā)展，減水劑行業(yè)將迎來屬于自己的春天。而聚羧酸高性能減水劑和萘系高效減水劑作為減水劑家族的中兩大主力軍，也會迎來寶貴的市場契機。

3 混凝土減水劑的未來發(fā)展趨勢

盡管混凝土減水劑具有非常廣闊的市場前景，但是目前現(xiàn)代建筑的復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及高溫、干燥的嚴酷施工環(huán)境對混凝土材料的性能提出了更多更高的要求，同時高性能的混凝土減水劑作為化工新材料，也面臨著嚴峻的環(huán)保問題。這些現(xiàn)狀促使著混凝土減水劑的研究和生產(chǎn)單位不停地對混凝土減水劑進行著技術(shù)革新。

對于聚羧酸高性能減水劑來說，高性能化和功能化成為其未來發(fā)展的主要趨勢[7]：

（1）高性能化。目前高性能混凝土對于混凝土高流動性、高流動性保持能力、低粘度、高適應(yīng)性等性能的需求日益提高，因此為了滿足高性能混凝土的發(fā)展需求，聚羧酸高性能減水劑的技術(shù)改進主要集中于超分散、降粘、高保坍、高適應(yīng)性等高性能化方向發(fā)展。日本學(xué)者Hamada D等[8]通過引入超支化分子結(jié)構(gòu)制備了可以降低低水膠比下混凝土粘度的聚羧酸高性能減水劑產(chǎn)品。楊錦杰和鐘振聲[9]提出在聚羧酸高性能減水劑主鏈上引入“兩性離子類”，從而提高外加劑的飽和摻量，實現(xiàn)高分散性。另外，Hamada D等[10]提出，將羧酸基團進行改性，調(diào)控其吸附速率和在水泥強堿性環(huán)境下的水解速率，從而達到高保坍的目的。目前上述聚羧酸減水劑的前沿技術(shù)，在國內(nèi)外均已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，正在推進著混凝土高性能化的發(fā)展。

（2）功能化。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展，超高層泵送混凝土、自密實混凝土、大體積混凝土等混凝土應(yīng)用形式陸續(xù)涌現(xiàn)，這些現(xiàn)代混凝土對于混凝土減水劑的要求日益提高，設(shè)計和合成具有特殊功能的聚羧酸分子結(jié)構(gòu)，使其具有超早強、減縮抗裂和阻銹等多種功能，有利于進一步推動混凝土技術(shù)向高性能化和可持續(xù)發(fā)展方向攀升?？姴牡萚11]設(shè)想將具有超早強、減縮、阻銹功能的官能團接枝到共聚物主鏈中，從而實現(xiàn)利用化學(xué)外加劑的原位接枝而實現(xiàn)外加劑多功能化的目的。

對于萘系高效減水劑來說，經(jīng)過長達60多年的發(fā)展，目前在國內(nèi)外產(chǎn)品技術(shù)方面已經(jīng)比較成熟，其未來的主要發(fā)展趨勢主要集中在高性能化和清潔化生產(chǎn)2個方面：

（1）高性能化。未來的技術(shù)發(fā)展趨勢是強化萘系減水劑的分子改性技術(shù)和復(fù)配技術(shù)，分別在提升萘系減水劑減水性能、緩凝保坍、低堿化等性能方面進行高性能化的技術(shù)改進。吳井志等[12－13]報道了利用稠環(huán)聚醚和活性接枝聚醚大單體改性萘系減水劑的專利技術(shù)，該技術(shù)改變了傳統(tǒng)萘系減水劑單純依靠靜電排斥來提供分散作用的技術(shù)局限，成功的將空間位阻作用引入高效減水劑的分散機理中，大幅度提升了產(chǎn)品的性能。呂志鋒等[14]報道在萘系減水劑分子骨架中引入磷酸基團和氨基基團從而顯著改善萘系減水劑保坍效果的產(chǎn)品技術(shù)。另外，相關(guān)企業(yè)和科研院所也在積極探索用于改善高效減水劑保坍性能的各種復(fù)配應(yīng)用技術(shù)，比如優(yōu)選超緩凝劑[15－16]，優(yōu)化不同減水劑之間的復(fù)配等技術(shù)手段。

（2）清潔化生產(chǎn)。隨著國家《中華人民共和國環(huán)境保護稅法》、GB 31040—2014《混凝土外加劑中殘留甲醛的限量》等法規(guī)、標準的相繼實施，減水劑的清潔化生產(chǎn)成為主要發(fā)展趨勢。部分外加劑龍頭企業(yè)正在積極改進生產(chǎn)工藝，投入先進的環(huán)保設(shè)備，采用自動化控制的先進生產(chǎn)線，降低減水劑中的甲醛殘留和生產(chǎn)過程中的尾氣排放。同時積極進行天然氣替代煤作為主要能源的清潔化改進，大大減少由于燃煤產(chǎn)生的二氧化硫和氮氧化物的排放。

4 結(jié)語

借助目前國家大規(guī)模推進的住宅工業(yè)化、軌道交通、市政綜合管網(wǎng)等城鎮(zhèn)化建設(shè)和國家“一帶一路”的國際化契機，減水劑將助力混凝土行業(yè)，迎來屬于自己的春天。在今后相當(dāng)長時期內(nèi)，聚羧酸高性能減水劑在超高層、超大跨度等特種結(jié)構(gòu)和高溫等嚴酷環(huán)境下的預(yù)拌混凝土中占據(jù)主導(dǎo)地位，而萘系減水劑將在預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土領(lǐng)域具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢。未來的混凝土減水劑發(fā)展趨勢必然是技術(shù)創(chuàng)新引導(dǎo)、集中化自動化規(guī)?；纳a(chǎn)模式。在這樣的市場考驗下，具有技術(shù)和經(jīng)濟實力的中大型外加劑企業(yè)將逐步占據(jù)高效減水劑的技術(shù)高地和市場先機，而傳統(tǒng)的粗放式生產(chǎn)模式和中小型生產(chǎn)企業(yè)將會逐步被淘汰。

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