江苏省海安石油化工厂

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推广聚羧酸减水剂的意义

发布日期：2014-1-15　来源：xiashundong　浏览次数：2846

（1）节约能源、资源

目前我国正处于高速发展、建设时期，能源资源相对紧缺是制约快速发展的重要问题。一方面聚羧酸减水剂与掺合料具有良好的匹配性，促进了工业副产品的应用，另一方面以其高减水率，可以节约大量的水泥，这就意味着一个工程可以节约成千上万吨的水泥，缓解目前资源和能源紧缺的问题，同时减少熟料烧成带来的环境污染方面有着重要的作用，符合绿色建材的发展方向。　　

（2）低环境负荷，促进绿色建材发展

甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。研究表明，甲醛具有强烈的致癌和促癌作用。甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面。其浓度与危害性见表1-1。　　

表1 甲醛对人体健康的影响

甲醛浓度（mg/m³）	人体反应
0.06-0.07	儿童容易发生气喘
0.1	国家标准值/会感觉有异味
0.11	世界卫生组织(WHO)规定的安全警戒限（超标10%）
0.2	有异味，但马上就会习惯
0.24-0.55	40％的适龄女性会月经不规则
0.5	异味明显
0.7以上	极易导致胎儿畸形
1-2	不舒服（眼睛、鼻子有刺激感）
1.5-4.5	适龄女性月经异常，表现为痛经和月经减少
3以上	有强烈的刺激感
5-10	眼、鼻、喉有强烈刺激感
10-20	流泪、咳嗽，呼吸困难
50-100	5-10分钟就导致呼吸道损伤

萘系减水剂为萘磺酸甲醛缩合物，采用工业萘经浓硫酸磺化后，再用一定量的甲醛与萘磺酸反应生成甲醛缩合物，最后用碱来中和，得到萘的磺化甲醛缩合物的钠盐和硫酸钠的混合物，即萘系减水剂。合成分为四个反应步骤，即磺化反应、水解反应、缩合反应及中和反应。其中缩合反应需要用到大量的甲醛，对环境造成污染。如果生产时合成工艺控制不当，产品很容易带有大量的游离甲醛，在运输和使用过程中对环境造成二次污染。

为了进一步控制室内环境污染，提高民用建筑工程的室内环境质量，目前国家建设部及有关部门提出：加强对混凝土外加剂的甲醛污染控制，提出了在控制混凝土外加剂里面的氨气污染同时，控制混凝土外加剂里面的甲醛污染，从而有效避免毛坯房室内空气中甲醛超标。聚羧酸减水剂合成采用水溶液自由基聚合，整个过程无甲醛及其他有害释放物，无废水废气排放，符合绿色建材的发展方向。

同时，聚羧酸减水剂的使用，有利于缓解CO₂温室效应。2008年中国水泥产量13.9亿吨，CO₂排放量为62亿吨，超过美国，位居世界第一。聚羧酸减水剂以其高减水率，可降低10～15％的水泥，可减少1～2亿吨CO₂排放。

（3）提高混凝土耐久性，促进混凝土高性能化发展

混凝土工程因其工程量大，耐久性不足对未来社会造成非常沉重的负担。美国有调查表明，美国的混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需维修费或重建费约为3千亿美元。美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏，平均每年有150-200座桥梁部分或完全坍塌，寿命不足20年；美国共建有混凝土水坝3000座，平均寿命30年，其中32%的水坝年久失修。美国对二战前后兴建的混凝土工程，在使用30-50年后进行加固维修所投入的费用，约占建设总投资的40%-50%以上。目前，我国的基础设施建设工程规模宏大，每年高达２万亿元人民币以上，约30-50年后，这些工程也将进入维修期，所需的维修费或重建费将更为巨大。因此，提高混凝土的耐久性对于当前实现可持续发展战略，更好地利用资源、节约能源和保护环境，都具有十分重要的意义。

众所周知，碱是诱发混凝土碱-骨料反应^[23]的主要因素之一，是影响混凝土耐久性的重要因素。而由于碱-骨料反应导致大坝损毁的在国内外屡见不鲜，如巴西的Moxoto大坝和法国的Chambon大坝，前者在工程完工3年后便出现了碱-骨料反应，后者在建成后50～60年发生了碱-骨料反应。混凝土中碱主要来源于水泥、粉煤灰、减水剂等原材料。世界上对于碱含量的控制也非常重视，南非规定混凝土碱总量不得超过2.1Kg/m³，美国规定混凝土碱总量不得超过3.3Kg/m³，我国在三峡工程中规定混凝土碱总量不得超过2.5Kg/m³，吴中伟院士^[24]认为对于中、低强混凝土，这个极限更低，应为1.5～2.0kg/m³。而作为混凝土五组分之一的减水剂，碱含量特别是Na₂SO₄含量直接影响到混凝土的碱总量。

氯离子也是影响混凝土耐久性的一个重要因素。氯离子对钢筋表面钝化膜有特殊的破坏作用，当混凝土中氯含量超过标准时，钢筋会锈蚀，而水和氧的存在是钢筋被腐蚀的必要条件，因此，若混凝土开裂，造成水和氧的通道，则钢筋锈蚀加速，促成混凝土裂缝进一步开展，混凝土保护层剥落，最终使构件失去承载力。

表2 萘系减水剂匀质性指标

检测项目	1	2	3	4
含固量（%）	91.7	92.0	95.0	94.1
流动度（mm）	195	190	175	230
氯（C1^-）含量（%）	1.8	2.0	2.38	0.45
硫酸钠含量（%）	19.1	22.0	20.35	16.5

表3 聚羧酸减水剂匀质性指标

检测项目	1	2	3	4
含固量（%）	20.5	22.1	25.2	21.6
流动度（mm）	240	255	300	260
氯（C1^-）含量（%）	小于0.01	小于0.01	小于0.01	小于0.01
硫酸钠含量（%）	1.03	0.45	0.21	0.75
碱含量	1.98	0.90	0.46	1.35

表2 、表3分别给出了萘系减水剂与聚羧酸减水剂的匀质性指标。由表1-2可知，萘系减水剂的氯离子含量普遍偏高，在0.45～1.8范围内；硫酸钠含量一般为2～20％不等。从表1-3中可以看出，聚羧酸减水剂具有较低的氯离子含量，一般都小于0.01％；同时碱含量小于2％，硫酸钠含量在小于1.5％。

目前，萘系减水剂占我国高效减水剂使用量的90%以上，由于萘系减水剂的生产采用浓硫酸磺化、氢氧化钠中和等工艺，引入大量的碱金属离子，致使碱含量和硫酸钠含量过高。有些厂家的萘系减水剂中Na₂SO₄的含量高达30%，大多数在10%以上，氯离子含量一般在0.3%以上，有的产品更高。而聚羧酸系减水剂是通过水溶液聚合、非磺化的高性能减水剂，在生产中只需极少量氢氧化钠（一般约为2％左右）来调整其pH值，此类减水剂的含碱量极少，基本不含氯离子。因此聚羧酸减水剂具有低碱低氯特点，有利于提高混凝土的耐久性，符合混凝土工业的可持续战略。

（4）实现聚羧酸减水剂的高性能化，推动聚羧酸减水剂市场快速发展

美国预拌混凝土占所使用混凝土产量的84％，瑞典的比例也与此接近，为83%。紧随其后的为日本、澳大利亚，而中国目前预拌混凝土所占比例只有20%。随着国家对环境和能源的关注，中国预拌混凝土占混凝土总量的比例将有迅猛的提高。1999年全国总产量为5414万方，2000年为7833万方，2002年商品混凝土产量超过百万立方米的城市就达到26个，这26个城市混凝土的总产量就达到11000万方。2010年预计将达到40%，实际产量将增长一倍以上。2000～2004商品混凝土年复合增长率为38.38%， 2004～2008复合增长率为19.28%，8年复合增长率为28.48%。未来几年行业仍处于高速增长期。行业产品结构调整势在必行，现场搅拌混凝土将逐步被预拌混凝土所取代。目前，大多数商品混凝土都使用萘系减水剂，因此，在商品混凝土中推广应用低成本聚羧酸减水剂对于促进我国减水剂更新换代具有重要的意义。

聚羧酸减水剂的性能优势

聚羧酸减水剂以其优良的分散性和分散保持性已经成为未来减水剂的发展方向。聚羧酸减水剂在内地已经得到了广泛应用，如高速铁路、跨江海隧道等工程，用于改善混凝土工作性，优化其长期使用性能，促进混凝土高性能化，具体来看，聚羧酸减水剂具有以下特点及用途：

（1）高减水率，提高混凝土流动性；

（2）不离析、不泌水，保持混凝土坍落度的性能更好，可以做到120min之内基本无损失，用于改善混凝土施工性能，便于运输、泵送；

（3）能配制出超高强和超耐久性混凝土，提高混凝土耐久性，实现混凝土百年寿命；

（4）与水泥、掺合料及其它外加剂相容性好，提高掺合料用量，节约资源能源，降低环境负荷；

（5）能有效地降低混凝土早期的绝热温升，对大体积混凝土更为有利，降低混凝土收缩提高混凝土体积稳定性。

由此可见，聚羧酸系高性能减水剂具备满足21世纪混凝土超高性能化的要求。

产品性能比较优势

与传统减水剂相比，聚羧酸减水剂的优势如下：

（1）掺量低、减水率大（掺量通常为胶结材用量的0.05%～0.5%，减水率可达35%～50%，甚至更高）；

（2）良好的工作性，保持混凝土坍落度的性能更好，可以做到120min之内基本无损失；

（3）降低降低化学收缩、干燥收缩、开裂敏感性等，有利于提高混凝土体积稳定性；

（4）与水泥、掺合料及其它外加剂相容性好；

（5）分子结构上的自由度大，实现减水剂的高性能化的潜力更大；

（6）由于合成不采用甲醛等对环境有污染的物质，对建筑业的可持续发展有利；

（7）为推广使用大掺量粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废料提供了技术保证。