國內(nèi)聚羧酸高性能減水劑的研究展望

　　摘要：聚羧酸高性能減水劑（pce）由于生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)保、工作性好、耐久性好等優(yōu)異的特點(diǎn)在我國得到了大規(guī)模的推廣應(yīng)用。但pce的合成工藝繁多，合成原料也很多，不同的工藝和原料合成的pce的性能差異很大，并不是一種pce就能解決所有的問題。要想促進(jìn)pce 的快速發(fā)展，要結(jié)合化學(xué)合成原理及水化機(jī)理對(duì)pce的合成進(jìn)行系統(tǒng)的研究。同時(shí)，要充分發(fā)揮政府、科研機(jī)構(gòu)、pce使用單位、供應(yīng)商、生產(chǎn)廠家等多方面的力量，特別是要充分發(fā)揮外加劑生產(chǎn)企業(yè)的橋梁紐帶作用。

　　關(guān)鍵詞：聚羧酸高性能減水劑 合成工藝 合成原理 作用機(jī)理

　　一、前言

　　2004年以來，聚羧酸高性能減水劑（pce）由于生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)保、工作性好、耐久性好等優(yōu)異的特點(diǎn)在我國得到了大規(guī)模的推廣應(yīng)用，在混凝土行業(yè)受到了廣泛的關(guān)注。由于利潤(rùn)高及鐵道部相關(guān)部門的大力推廣，成為了混凝土行業(yè)最熱門的研究方向。很多聚醚生產(chǎn)廠家、企業(yè)、高校及科研機(jī)構(gòu)紛紛對(duì)聚羧酸的工藝進(jìn)行研究，在短時(shí)間內(nèi)取得了令人矚目的成績(jī)。如今，國產(chǎn)mpeg、apeg、tpeg等不同原料合成的pce聚羧酸廣泛應(yīng)用于各類混凝土工程中。

　　pce具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：低摻量、高減水增強(qiáng)率、和水泥的適應(yīng)性好，混凝土坍落度損失小，是一種安全的綠色環(huán)保型高性能減水劑[1]。很多人對(duì)此產(chǎn)生了誤解，以為任何一種pce是萬能的，仿佛一用上pce就什么問題都可解決。我們知道，以往的萘系、密胺系等減水劑合成工藝路線單一，原料也很少；但pce的合成工藝繁多，合成原料也很多，不同的工藝和原料合成的pce的性能差異很大。因此，盡管pce具有很多優(yōu)點(diǎn)，但并不是只用任何一種pce就能解決所有的問題。隨著pce在各類工程特別是在預(yù)拌混凝土中的逐步普及^[2-4]，坍落度損失、對(duì)含泥量的敏感性、與其它外加劑（如減水劑、早強(qiáng)劑、防凍劑等）的復(fù)配效果等問題逐步顯露出來并為廣大用戶了解和熟悉，pce的早強(qiáng)、防凍性及坍落度損失等問題迫切需要得到解決^[5-6]。

　　二、國內(nèi)pce研究應(yīng)用現(xiàn)狀

　　1.無序競(jìng)爭(zhēng)，急功近利

　　由于pce的生產(chǎn)工藝相對(duì)較為簡(jiǎn)單，投資較少，環(huán)保審批較易通過，許多單純的復(fù)配廠紛紛轉(zhuǎn)型開始生產(chǎn)pce，甚至很多沒有任何減水劑生產(chǎn)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)及個(gè)人也紛紛投資進(jìn)行pce的生產(chǎn)，一時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)空前激烈，偷工減料、以次充好等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。更有甚者，許多國家重大工程的投標(biāo)價(jià)接近成本價(jià)，情況極不正常，這些給pce的健康發(fā)展帶來了不利的影響。

　　由于pce生產(chǎn)的準(zhǔn)入門檻低，企業(yè)魚龍混雜。近兩年來，部分研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)在pce的研究上急功近利，缺乏系統(tǒng)的研究，導(dǎo)致pce的研究進(jìn)展緩慢，明顯滯后于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　2.產(chǎn)品適應(yīng)性需要提升

　　眾所周知，我國水泥品種繁多，許多地方的砂石級(jí)配較差，含泥量大，這給pce的質(zhì)量提出了很高的要求。以前，pce集中在客運(yùn)專線等國家重點(diǎn)工程上使用，由于重點(diǎn)工程的各種原原料相對(duì)較好，pce的適應(yīng)性問題還不是非常突出。但隨著pce在預(yù)拌混凝土中得到大量的推廣應(yīng)用后，其坍落度損失及對(duì)含泥量的敏感性等一系列問題逐步暴露出來；同時(shí)，大多數(shù)與傳統(tǒng)的萘系減水劑復(fù)配可以起到迭加效應(yīng)的一些外加劑和pce的復(fù)配效果不理想，有的甚至使效果下降。隨著pce的用量逐年遞增，這些問題迫切需要得到解決。

　　3.早強(qiáng)型pce有待開發(fā)

　　大量的研究表明，標(biāo)準(zhǔn)型pce復(fù)配早強(qiáng)劑和效果欠佳，而早強(qiáng)型pce可大幅降低能耗，提高生產(chǎn)效率，在國外已被廣泛應(yīng)用于免蒸養(yǎng)預(yù)制混凝土及具有早強(qiáng)要求的各種現(xiàn)澆混凝土中，而國產(chǎn)早強(qiáng)型pce的應(yīng)有還較少有資料進(jìn)行報(bào)導(dǎo)。這一類型的pce需要盡快國產(chǎn)化并得到推廣應(yīng)用。

　　4.減縮型及降粘型pce有待開發(fā)

　　高強(qiáng)混凝土被廣泛用來提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，增加居住空間，其較寬的彈性范圍延遲了由于地震而導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)，同時(shí)，還具有較長(zhǎng)的服役年限，近年來受到了越來越多的關(guān)注。在日本，設(shè)計(jì)強(qiáng)度超過100mpa的超高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用越來越多^[7]　。在我國，c100泵送混凝土已在廣州的西塔工程中得到了應(yīng)用。但是，由于在配制這種超高強(qiáng)混凝土?xí)r往往采用低水灰比，使用硅灰等摻合料，會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重的自收縮^[8]　。

　　在低水膠混凝土（如高強(qiáng)混凝土hsc和自密實(shí)混凝土scc）中，混凝土的工作性比正常強(qiáng)度混凝土差，這是由于其粘度較高造成的。如果要在低水膠比混凝土中達(dá)到較好的工作性，使用降粘型pce將會(huì)起到很好的效果。

　　從上述情況來看，要想大規(guī)模推廣應(yīng)用低水膠混凝土，必須盡快對(duì)低粘型和減縮型的pce進(jìn)行系統(tǒng)的研究并盡快國產(chǎn)化。

　　三、研究方法

　　與萘系等第二代高效減水劑相比，pce的合成原料及工藝路線眾多，工藝復(fù)雜，可根據(jù)應(yīng)用性能進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來進(jìn)行產(chǎn)品合成。同時(shí)，pce的研究?jī)?nèi)容涉及到有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、水泥工藝學(xué)、無機(jī)非金屬材料等多種學(xué)科的交叉，單一地進(jìn)行某一方面的研究都會(huì)有很大的局限性，只有充分融合各方面的知識(shí)及力量，結(jié)合應(yīng)用過程中遇到的實(shí)際問題，有針對(duì)性地進(jìn)行pce的系統(tǒng)研究，才能高效率地促進(jìn)pce研究的不斷深入，從而推動(dòng)我國混凝土外加劑及混凝土行業(yè)的健康快速發(fā)展。

　　1.掌握合成方法、了解合成原理

　　要有針對(duì)性地進(jìn)行pce的系統(tǒng)研究，只有熟練掌握各種共聚單體的特性、主要的合成方法，同時(shí)，了解了合成原理，才能根據(jù)引發(fā)劑特性選用合適的單體進(jìn)行共聚實(shí)驗(yàn)及根據(jù)產(chǎn)品的性能對(duì)合成工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，找出最佳的合成工藝。

　　2.了解分子結(jié)構(gòu)對(duì)pce性能的影響

　　要想在pce的研發(fā)上取得突破，不僅要熟練掌握pce的合成方法，還要充分了解不同的分子結(jié)構(gòu)對(duì)pce性能的影響。我們知道，分子結(jié)構(gòu)決定性能，通過調(diào)整主鏈長(zhǎng)度、側(cè)鏈長(zhǎng)度、主鏈電荷密度、分子量等參數(shù)可以合成出具有不同性能的pce。通過大量系統(tǒng)的試驗(yàn)詳細(xì)了解各種分子結(jié)構(gòu)對(duì)減水、早強(qiáng)和保坍性能的影響，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)分析分子結(jié)構(gòu)對(duì)pce的性能的影響原理，找出pce分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。這樣就可以通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出不同性能的pce來滿足不同的使用需求。

　　3.研究pce對(duì)水泥水化的作用機(jī)理

　　除了從分子結(jié)構(gòu)上系統(tǒng)研究pce減水劑的原理外，我們還需要借助各種先進(jìn)的儀器系統(tǒng)研究不同結(jié)構(gòu)的pce對(duì)水泥水化的作用機(jī)理。這兩方面的研究相輔相承，缺一不可。只有結(jié)合這兩方面的研究成果才能從根本上理解pce的作用機(jī)理，從而更好地運(yùn)用分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有目的地指導(dǎo)pce的合成，使pce的合成水平更上一層樓。

　　四、應(yīng)對(duì)措施

　　由于pce在我國起步較晚，加上水泥品種繁多，外加劑企業(yè)無序競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致市場(chǎng)混亂，部分研究機(jī)構(gòu)急攻近利思想嚴(yán)重，致使外加劑的缺乏系統(tǒng)研究，極大地阻礙了外加劑的研發(fā)效率。要想提高pce的研發(fā)效率，必須充分發(fā)揮科研機(jī)構(gòu)、pce使用單位、供應(yīng)商、生產(chǎn)廠家等多方面的力量，特別是要充分發(fā)揮外加劑生產(chǎn)企業(yè)橋梁紐帶作用，加強(qiáng)與其它各方的溝通。另外，政府主管部門引導(dǎo)協(xié)調(diào)作用也是必不可少的。

　　1.正確發(fā)揮科研機(jī)構(gòu)的作用[Page]

　　如前所述，要想做好pce的系統(tǒng)研究，合成原理和作用機(jī)理的研究必不可少且是至關(guān)重要的。要做好上述兩方面的工作，必須具備專業(yè)的理論知識(shí)和先進(jìn)的儀器設(shè)備，這兩方面的條件單靠pce生產(chǎn)廠家來配備是很難實(shí)現(xiàn)的。而各高校及科研院不僅擁有一流的專業(yè)人員，還擁有良好的儀器設(shè)備，是最合適的合成原理及作用機(jī)理的研究機(jī)構(gòu)。近年來，我國的許多高校及科研機(jī)構(gòu)紛紛參與了相關(guān)的研究，取得了很多相應(yīng)的技術(shù)成果，對(duì)pce在我國的發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用。

　　但是，與投入的人力物力相比，取得的成果還是相對(duì)較少，這里面有一些客觀原因，主要還是因?yàn)椴块T高校及科研機(jī)構(gòu)有些急功近利，在取得一些成果的同時(shí)急于將成果進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，在產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)為了達(dá)到宣傳產(chǎn)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，這對(duì)pce的發(fā)展是極為不利的。

　　2.加強(qiáng)供應(yīng)商、生產(chǎn)企業(yè)及使用單位的科研力量

　　如果脫離了生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)節(jié)，光進(jìn)行理論研究是不切實(shí)際的，同時(shí)也不可能取得很大的效果。供應(yīng)商、生產(chǎn)企業(yè)及應(yīng)用單位作為與pce生產(chǎn)和應(yīng)用的三方，也應(yīng)加大pce的生產(chǎn)和應(yīng)用的系統(tǒng)研究。

　　首先，供應(yīng)商要充分利用科研機(jī)構(gòu)的成果進(jìn)行指導(dǎo)，利用分子設(shè)計(jì)原理，對(duì)國外同類產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)剖析,對(duì)科研機(jī)構(gòu)提出的工藝方法進(jìn)行嘗試，合成出具有不同作用效果的原料，便于生產(chǎn)企業(yè)在合成工藝上進(jìn)行簡(jiǎn)化，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。

　　生產(chǎn)企業(yè)作為產(chǎn)品生產(chǎn)單位，只要充分了解pce的合成原理及作用機(jī)理，才能更好地執(zhí)行工藝紀(jì)律。同時(shí)，如果在產(chǎn)品研發(fā)及合成技術(shù)上更加先進(jìn)，合成的產(chǎn)品優(yōu)于其它同行，就能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占到先機(jī)。只有這樣，才能不斷地推陳出新。大量的實(shí)踐證明，一個(gè)沒有技術(shù)實(shí)力的企業(yè)，是很難長(zhǎng)期在市場(chǎng)上立足的。除些之外，生產(chǎn)企業(yè)還是聯(lián)系各方的橋梁，除了隨時(shí)保持與供應(yīng)商的緊密聯(lián)系，及時(shí)將供應(yīng)商的先進(jìn)的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為自身的成果外，還要加強(qiáng)與應(yīng)用單位的聯(lián)系，收集使用單位對(duì)不同結(jié)構(gòu)的pce的相關(guān)評(píng)價(jià)和數(shù)據(jù)，及時(shí)將有關(guān)的數(shù)據(jù)反饋到相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)，以便進(jìn)行更加深入的研究。

　　理論離不開實(shí)踐。應(yīng)用單位作為產(chǎn)品評(píng)價(jià)方，是pce合成技術(shù)研究的很重要的一環(huán)，也是必不可少的重要環(huán)節(jié)。如能加強(qiáng)與生產(chǎn)企業(yè)的溝通，給合產(chǎn)品的效果對(duì)性能進(jìn)行系統(tǒng)正確的分析和評(píng)價(jià)，除可以保障生產(chǎn)的制品的質(zhì)量外，還可以指導(dǎo)pce生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，提供性能更優(yōu)的產(chǎn)品來滿足各種不同的需求。

　　3.加強(qiáng)政府主管部門的引導(dǎo)作用

　　要做好pce的合成，必須首先了解合成原理和作用機(jī)理。如何讓科研機(jī)構(gòu)沉下心來進(jìn)行pce的理論研究，對(duì)pce產(chǎn)品合成技術(shù)的進(jìn)步是最重要的。政府要在政策上進(jìn)行相關(guān)的引導(dǎo)。我們知道，pce的應(yīng)用可大幅降低水泥的用量，對(duì)節(jié)能減排、促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展影響巨大。如能做好相關(guān)的系統(tǒng)研究，推動(dòng)pce的發(fā)展，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展將起到積極的推動(dòng)作用。

　　五、前景展望

　　1.合成應(yīng)用技術(shù)將不斷提高

　　當(dāng)前，pce開始在預(yù)拌混凝土中得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用，同時(shí)，一些特定的工程對(duì)早強(qiáng)、減縮等功能的pce的需求將推動(dòng)生產(chǎn)企業(yè)改進(jìn)pce的合成工藝與復(fù)配技術(shù)，促使pce的合成應(yīng)用技術(shù)再上臺(tái)階。

　　2.技術(shù)水平的高低將決定企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力

　　預(yù)拌混凝土對(duì)成本的要求較重點(diǎn)工程更高，高性價(jià)比的pce將得到更多預(yù)拌混凝土的青睞。同時(shí)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，技術(shù)水平的高低將對(duì)pce企業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生越來越大的影響，一些技術(shù)水平較高、規(guī)模大的企業(yè)將擁有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，如江蘇博特等技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的企業(yè)近年來發(fā)展勢(shì)頭迅猛，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力日益增強(qiáng)。

　　3.校企聯(lián)合將日益密切

　　要提高pce的合成與應(yīng)用技術(shù)水平，企業(yè)和高校等科研機(jī)構(gòu)由于性質(zhì)和接觸面的不同肩負(fù)著不同的責(zé)任和使命。如果兩者密切配合，做好分工協(xié)作，將會(huì)極大地促進(jìn)pce的合成水平的提高。具體是企業(yè)方面要做好合成工藝的更新與優(yōu)化，密切配合使用單位做好產(chǎn)品應(yīng)用工作，努力提高復(fù)配技術(shù)；科研院校要加大力量對(duì)合成原理及作用機(jī)理的研究，同時(shí)根據(jù)企業(yè)反饋的信息進(jìn)行驗(yàn)證，促進(jìn)理論的水平的提高，再反作用到合成技術(shù)的提高。在這方面，江蘇博特與江蘇建科院的合作就很成功，為pce合成技術(shù)的提高作出的榜樣。

　　六、結(jié)語

　　1．pce的合成工藝繁多，合成原料也很多，不同的工藝和原料合成的pce的性能差異很大，并不是一種pce就能解決所有的問題。

　　2．隨著pce的廣泛應(yīng)用，高保坍型、早強(qiáng)型、低粘型等不同特性的pce應(yīng)盡快國產(chǎn)化。

　　3．要從合成原理和作用機(jī)理方面做好pce的系統(tǒng)研究，了解不同的分子結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品性能的影響，從而通過分子結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)不同特性pce的合成工藝。

　　4．要提高pce的研發(fā)效率，必須充分發(fā)揮科研機(jī)構(gòu)、使用單位、供應(yīng)商、生產(chǎn)廠家等多方面的力量，特別是要充分發(fā)揮外加劑生產(chǎn)企業(yè)橋梁紐帶作用及政府的政策引導(dǎo)作用。

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　　作者簡(jiǎn)介：1998年6月畢業(yè)于武漢工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院精細(xì)化工專業(yè)，工學(xué)學(xué)士。畢業(yè)后一直從事混凝土外加劑的研發(fā)與應(yīng)用工作。工程師；武漢理工大學(xué)工程碩士在讀；中國硅酸鹽學(xué)會(huì)混凝土與水泥制品分會(huì)理事。