我國水泥和混凝土外加劑的研究與發展

摘要：本文通過對我國水泥和混凝土外加劑發展現狀分析，認為應加強外加劑理論研究；加強生產技術與管理，提高外加劑性能；提高和普及外加劑知識，加速其推廣應用，以適應高強高性能混凝土發展需要，發展外加劑產業。
關鍵詞：現狀分析，研究與發展。
一、引言
隨著科學技術的不斷發展，人們對混凝土的性能提出了各種新的更高的要求。從本世紀40年代開始推廣外加劑以來，它的進展不但從微觀、亞微觀層次改變了硬化混凝土的內部結構，并且在工藝過程中改變了新拌混凝土的結構。這對于混凝土技術來說是一次飛躍。混凝土中合理摻加一定量的外加劑，可達到提高混凝土早期或各齡期強度、改善施工條件、降低水化熱、調節凝結時間、改善泵送性、節約水泥用量和節能等目的。
混凝土制品種類的日益增多，結構物的日益復雜及大型化發展，出現了許多超大型的特種混凝土結構物，這些新型混凝土制品和特殊工程，僅僅依靠已有的振動、加壓、真空等工藝已不再能滿足施工的要求，迫切需要為混凝土制備及施工提供性能各異的多種外加劑。由此看來，水泥和混凝土外加劑是一個具有巨大社會和經濟效益而又很有發展前途的材料科學領域。
二、工業發達國家外加劑的研究與發展
據不完全統計，目前全世界混凝土外加劑產品已有四、五百種之多，從70年代開始，一些國家摻用外加劑的混凝土總量比例在50%以上，更有些國家已發展到沒有不摻外加劑的混凝土。如北歐、日本、澳大利亞等幾乎在所有水泥混凝土工程及制品中使用各種減水劑或其它外加劑；美國、加拿大、德國、俄羅斯、英國等，外加劑在混凝土中的使用率大致為50~80%；其他國家采用外加劑的比例也在與日俱增。
從整個世界范圍來看，摻外加劑的混凝土不僅比例增加，而且在外加劑的種類和添加方法上，也正在不斷發展與革新，有的采用在混凝土拌合時或拌合前添加的同摻法、先摻法；有的采用在混凝土拌合后經一定時間，分一次或數次添加的后摻法，也有的則在制造水泥過程中添加，成為新品種水泥。
1962年日本花王石堿公司的服部健一博士等首先研制成以β-萘磺酸甲醛縮合物鈉鹽為主要成份的減水劑，即萘系減水劑。這類減水劑具有減水率高、基本不影響混凝土凝結時間及引氣量低等特點，適用于高強或大流動性混凝土。
1964年德國研制成磺化三聚氰胺甲醛樹脂減水劑，即密胺樹脂系減水劑。該類減水劑與萘系減水劑同樣具有減水率高、早強效果好、低引氣量等特點，同時對蒸養混凝土制品和鋁酸鹽含量高的水泥混凝土適應性較好，能制備高強或大流動性混凝土。
60年代前蘇聯研制成一種由環氧氯丙烷與甲苯二胺聚合而成的水溶性環氧樹脂外加劑，簡稱N089。這種外加劑對混凝土具有良好的增強效果，尤其能使混凝土的抗折強度顯著提高，也能使混凝土的抗裂、抗滲等性能得到顯著改善。
美國、日本等國家為改善混凝土的和易性、耐久性及其他物理力學性能，廣泛采用引氣減水劑――AE劑。
為滿足混凝土工程中速凝、早強、緩凝、引氣等不同要求，各種有機及無機物復合的外加劑不斷涌現。當然，目前應用最廣的還是木質素磺酸鈣減水劑――木鈣減水劑。
由于萘系和密胺樹脂系等高效減水劑對混凝土改性方面的重要貢獻，使減水劑成為繼鋼筋混凝土和預應力混凝土之后，混凝土發展史上又一次重大技術突破。以高效減水劑的研制和應用為標志，混凝土技術進入由塑性→干硬性→流動性的第三代。
隨著減水劑應用技術的發展，推動了混凝土新工藝的不斷進步。混凝土中摻加適量的減水劑可制備自密實、大流動性混凝土，施工中可采用泵送澆注新工藝，生產效率大大提高。滑模及大模板施工工藝中采用復合早強減水劑不但可提高混凝土的早期強度，節省模板和加快模板周轉，而且還可以使新拌混凝土具有較好的和易性，滿足保水性和粘稠性等方面的要求。商品混凝土的發展，減水劑起著重要作用。
在各類外加劑的使用過程中，萘系和密胺樹脂系性能雖好，但采用的是化工原料，價格昂貴。由于混凝土是一種價廉的建筑材料，如果外加劑過于昂貴就勢必影響其推廣使用。據了解，即使在日本，萘系高效減水劑的用量也不大。為此，各國普遍開展了利用工業副產品或工業廢料生產類似性能產品的研究工作，如木鈣系的改性研究。木鈣雖然價廉，但有兩個致命弱點，引氣和緩凝。因此木鈣的用量受到限制，一般不超過水泥用量的0.3%，這樣小的用量無法達到超塑化劑的效果。目前對木鈣的改性研究大多是建立在以木鈣為基礎，采用萘系或三聚氰胺系減水劑進行復合的方法，但價格仍不能降到理想水平。而木鈣本身結構改性工作是研究的焦點。世界上有多個研究小組從事這項研究，已有新的突破。
總之，工業發達國家在外加劑研究、應用方面，不僅品種全、使用面廣，而且性能優良，綜合考慮了資源利用的問題，在廢物利用方面取得了重大進展。
三、我國外加劑領域發展現狀分析
我國在50年代開始生產和使用以松香皂為主要成份的引氣劑，以氯鹽為主要成份的早強劑，以及以紙漿廢液為主要成份的塑化劑。近20年來，國內許多學者，研究單位、高等院校及各類施工公司，相繼在這方面作了大量的研究、開發和推廣應用工作，據不完全統計，目前我國從事混凝土外加劑的生產企業有300多家，產品牌號有200多個。如萘系有NF、FDN、SN-2、UNF等；密胺樹脂系的SM及引氣減水劑CON-A、KF等。
可以說我國外加劑品種較齊全，研究和生產已具有相當高的水平，如高效減水劑、木質素磺酸鈣減水劑已達到國外同類產品的先進水平。在早強減水劑、防凍劑、速凝劑和膨脹劑等復配技術方面也有所創新。
總之，我國在混凝土外加劑的研究、生產、推廣應用諸方面取得了可喜的成績。但與世界水平相比，差距仍較大，主要表現在以下幾個方面：
一是技術落后，產品質量不穩定。近些年來混凝土外加劑的發展較為迅速，因而存在著盲目發展產品，不少企業技術及管理水平較低，導致產品質量波動，性能不穩定。
二是大多采用化工原料，價格昂貴，廢物利用方面的研究進展不大。
三是應用范圍不廣泛。我國應用外加劑的水泥量僅占水泥總量的20%，且主要用量僅在北京、上海、廣州、深圳等發達地區或一些特種混凝土中；而在有些地區，幾乎無人問津。
再是一些工程曾發生過使用外加劑不當等質量事故，說明應用技術上還存在一定問題。