浅议混凝土减水剂的生产应用现状与发展方向

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摘要：本文简要回顾了混凝土减水剂的研制、生产和应用历史，阐述了几种主要外加剂的性能特点和应用现状，并对减水剂的发展方面予以展望。

关键词：减水剂 外加剂 性能应用

近年来，我国的基础建设保持着高速度增长，铁路、机场、市政工程、核电站、大坝等工程对外加剂的需求一直很旺盛，我国的混凝土外加剂行业也一直处于高速发展阶段。97年全国的外加剂生产厂家只有300多家，07年经过调查已达1500多家。随着科技的发展，混凝土应用种类的增多和人们对混凝土性能要求的不断提高，混凝土外加剂已成为现代混凝土不可缺少的组分。各种外加剂的应用改善了新拌混凝土的工作性能，提高了硬化混凝土的物理力学性能和耐久性能，并有助于节约资源和环境保护，同时外加剂的研究和应用也促进了混凝土生产、施工工艺和新型混凝土的发展。

混凝土外加剂的种类很多，按功能分有减水剂、引气剂、防水剂、早强剂等。其中，使用量最大、用途最广的就是减水剂，其产量约占外加剂总量的70～80%。它的主要作用有提高混凝土的流变性及可塑性，减少用水量、提高混凝土强度，减少水泥用量，提高混凝土寿命等。下面将简要介绍减水剂的发展情况、主要品种及特性，并展望其今后的发展方向。

发展简史

1935年美国Master Builder的E.W.Scxiptrt研制成功以纸浆废液木质素磺酸盐为主要成分的“普浊里”减水剂。1937年美国颁布了历史上第一个减水剂的专利。当时，混凝土的设计强度很低，所以较长时间内，木质素磺酸盐及文沙树脂引气剂、氯盐类早强剂占据着混凝土外加剂的市场。

1962年日本花王石碱公司的服部建一首先研制成功了萘系高效减水剂。1964年德国研制成功了三聚氰胺甲醛树脂磺酸盐高效减水剂，并投入生产应用。在我国，1975年铁道科学院研究了MF减水剂。1978年由冶金部和武汉化工所共同研究和鉴定了萘系减水剂FDN，并得到了大量的生产应用。随着工程对混凝土各项技术性能要求的提高，脂肪族高效减水剂和氨基磺酸盐系高效减水剂相继研制成功并投入生产。

20世纪80年代后期，日美德等国开始对聚羧酸系高性能减水剂进行研制。1986年首先由日本触媒公司开发出来，并于90年代中期开始较大规模的推广应用。我国20世纪90年代中后期开始对聚羧酸系高性能减水剂进行研制，取得了大量的科研成果，并成功地用于我国的混凝土建设工程中。

二、减水剂的种类及其特征

1、普通减水剂

普通减水剂的减水率按国标GB8076-2008规定不小于8%，分为早强型、标准型、缓凝型。按照我国目前生产和使用情况，主要分为以下几种：木质素磺酸盐减水剂、羟基羧酸盐减水剂、糖钙减水剂、腐植酸减水剂。其中使用最多的还是木质素磺酸盐减水剂。

木质素磺酸盐是亚硫酸盐法生产纸浆或化纤浆后被分离的木质素的磺酸盐，分子结构十分复杂。性质属于阴离子表面活性剂。

普通减水剂价格较便宜，因此即使出现了高效减水剂和高性能减水剂后，普通减水剂仍然具有它不可取代的作用，已成为许多复合型外加剂必不可少的重要组分之一。

2、高效减水剂

高效减水剂多是化工合成产品，属阴离子表面活性剂。根据GB8076的要求，减水率不低于14%，分标准型和缓凝型。

单环芳烃类

主要指聚合物憎水主链中苯基和亚甲基交替连接而成，而在主链的单环上可接有-SO3H、-OH、-NH3、和-COOH的亲水性官能团。

氨基磺酸盐系高效减水剂就具有这种结构特征，可表示如下：

这类减水剂在较低掺量时即具有一定的塑化效果，它不仅具有较高的减水率（23%-28%），而且在侧基种类合适的情况下可以有效地控制混凝土坍落度经时损失。目前国内也有生产，但生产成本相对较高，单独使用掺量较高时易泌水和缓凝，一般多将其与萘系减水剂复配使用。

多环芳烃类高效减水剂

包括萘系减水剂、蒽系减水剂（也称多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物）等，其结构特点是憎水性的主链为亚甲基连接的双环或多环的芳烃，亲水性的官能团则是连在芳环上的-SO3H得不够。萘系减水剂的结构如下所示（蒽系减水剂的结构类似，只需将双环变成三环）：

该类型的减水率较高（可达25%以上），基本上不影响混凝土的凝结时间，引气量低（

杂环类高效减水剂

包括三聚氰胺类和古马隆树脂系减水剂，其结构特点是憎水性主链为亚甲基连接的含N或O的六元或五元杂环，亲水性的官能团则是连接在杂环上。其结构表示式如下：

该类型高效减水剂属于低引气型，无缓凝作用，减水率高，坍落度损失较快。但生产成本较高，在工程中使用较少

（4）脂肪族类高效减水剂

其结构特点是憎水性的主链为脂肪族的种类，而亲水性的官能团则是侧链上所连的-SO3H、-COOH、-OH或聚氧烷基（EO）长侧链等。其生产成本低、工艺简单，具有优良的缓凝保坍作用，在较低掺量时就可以获得较大的分散性能。

3、高性能减水剂

GB8076中规定，高性能减水剂具有一定的引气性，较高的减水率和良好的坍落度保持性能。包括聚羧酸系减水剂、氨基羧酸系减水剂以及其他能够达到本标准指标要求的减水剂。标准要求其减水率不低于25%，引气量不大于6.0%，分早强型、标准型和缓凝型。

这类减水剂主要以聚羧酸系高性能减水剂为代表。其结构特点是分子呈梳型，主链上带有多个憎水性的活性剂基团，极性较强，侧链带有亲水性的聚醚链段，并且链较长，数量较少。属于阴离子表面活性化。典型的分子结构式如下：

它具有较高的减水率，保坍性好，与水泥适应性好，生产过程中不使用甲醛对环境无污染等优点。与其他减水剂相比，聚羧酸系高性能减水剂更重要的特点是，可以往主链上添加具备不同作用的基因。根据原材料的不同，其制备方法可分为活性单体共聚法、聚合后功能化法、原位聚合与接枝等几种。

近几年，我国聚羧酸系减水剂工业发展十分迅速，在国家重大工程如三峡工程、南水北调工程、高速铁路中都有应用。

三、减水剂的发展方向

现代混凝土减水剂技术的发展，是现代混凝土技术发展的关键，并起着决定性的作用。我国的减水剂在经历了四十余年的发展中，品种比较齐全，但是减水剂的生产水平和应用水平并不均衡。07年各种减水剂的总产量为284.54吨，其中普通减水剂为17.51吨，占6.2%；高效减水剂为225.6吨，占79.3%；高性能减水剂为41.43吨，占14.6%。

今后，各项工程均需要高强高耐久性混凝土，还需要能满足多种要求、集多功能于一身的外加剂。因此，我们还应该从以下几个方面加强研究和应用推广。

1、减水剂的多组分复合

每一种外加剂都有自身的优缺点。我们在高效减水剂的基础上复合其他组分或化学助剂，就可以克服其缺点。比如在萘系中复合缓凝组分、引气组分等，改善其坍落度保持性。聚羧酸系中复合消泡剂、引气剂、缓凝组分等。

2、优化产品生产工艺

减水剂本身的一些因素如磺化程度、聚合度、原材料的品种等都会影响其与水泥的适应性，可以通过优化分子结构，提高产品性能。如三聚氰胺的改性、萘系减水剂的磺化等，以改变分子量、分子量分布，改善其与水泥适应性。

3、新品种减水剂的开发

随着工业萘资源的日益匮乏及人们对环境重视程度的提高，萘系产品必将会退出历史的舞台。但是我国在聚羧酸系减水剂方面的科研、生产水平、应用经验还很不足，需要我们积极研究开发聚羧酸系高性能减水剂的新品种，完善工艺、降低成本、提高质量 。

可以预见，随着国内外对减水剂化学结构和性能的不断深入研究，各种新型减水剂会不断涌现，一定会推进混凝土材料的多功能化、生态化和高性能化。

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