1.減水劑的發(fā)展大致經(jīng)歷了哪幾個階段？聚羧酸減水劑是減水劑發(fā)展到哪個階段的產(chǎn)物，它與以往的減水劑又有什么不同？
一般認為,減水劑的發(fā)展可以大致分為三個階段,以木鈣為代表的第一代普通減水劑階段、以萘系為代表的第二代高效減水劑階段以及以聚羧酸系為代表的第三代高性能減水劑階段。第一、二代減水劑由于摻量大,減水不夠,水泥適應(yīng)性不廣,坍落度損失大,采用有毒物質(zhì)為原料等問題而受到制約。20世紀80年代初期出現(xiàn)的聚羧酸系高效減水劑被認為是第三代減水劑,它是當今國內(nèi)外最新一代減水劑,它以其優(yōu)異的性能,正成為世界性研究熱點。
減水劑在經(jīng)歷了從木素磺酸鹽、萘磺酸鹽縮合物、三聚氫胺甲醛縮合物、氨基磺酸鹽系、聚羧酸系等發(fā)展的歷程之后,減水率也從8%增加到30%左右,高性能減水劑的應(yīng)用,意味著滿足同樣性能的混凝土可以節(jié)約20%~30%的水泥,即可以節(jié)約水泥3.2-4.8億噸,接近中國全年的水泥產(chǎn)量(1999年6月聯(lián)合國《統(tǒng)計月報》)。因此,減水劑的使用,從源頭實現(xiàn)混凝土的節(jié)能、省資、減污等清潔化生產(chǎn)。另外,高性能減水劑的使用,可使混凝土在滿足所要求的各項性能的情況下,最大可能的摻用粉煤灰或其他礦物摻合料,實現(xiàn)了廢物循環(huán)利用,減少了廢物對大氣環(huán)境的污染,同時也減少了廢物侵吞寶貴土地的事實。隨著建筑工業(yè)的不斷發(fā)展,全世界每年對減水劑的需求量日益增大。目前,全世界的減水劑需求量約為480萬噸,我國建筑行業(yè)每年需要的減水劑超過100萬噸,根據(jù)2003年不完全統(tǒng)計,我國高效減水劑總量約92.5萬噸,其中萘系及其衍生物約77.5萬噸,占83%氨基類9.5萬噸,占10%脂肪族3.6萬噸,占4%聚丙烯酸鹽類約1.6萬噸,占1.7%密胺系約1.4萬噸,占1.5%。即至今為止,萘系高效減水劑依然占據(jù)高效減水劑主要地位。
聚羧酸系高性能減水劑除具有高性能減水(最高減水率可達35%)、改善混凝土孔結(jié)構(gòu)和密實程度等作用外,還能控制混凝土的塌落度損失,更好地控制混凝土的引氣、緩凝、泌水等問題。它與不同種類的水泥都有相對較好的相容性,即使在低摻量時,也能使混凝土具有高流動性,并且在低水灰比時具有低粘度及塌落度經(jīng)時變化小的性能。
因此可以預(yù)見,隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展,聚羧酸系減水劑以其優(yōu)良的性能必將得到更大的發(fā)展和應(yīng)用。
2．國外的減水劑發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了相當長的歷史，我國減水劑與國外減水劑相比研究的現(xiàn)狀如何？
①國外聚羧酸系減水劑的研究現(xiàn)狀
在國外,聚羧酸系減水劑的研究已有相當長的歷史,20世紀80年代起,國內(nèi)外就開始積極研發(fā)非萘系減水劑,以豐富石油化工產(chǎn)品為原料,以極高的減水率、極小的坍落度損失使萘系減水劑黯然失色,從而便開創(chuàng)出聚羧酸系混凝土減水劑技術(shù)新局面。
目前,對聚羧酸系減水劑的研究主要集中在新拌混凝土有關(guān)性能和硬化混凝土的力學(xué)性能及高強高性能混凝土在工程中的應(yīng)用技術(shù)。聚羧酸系減水劑可使混凝土的水灰比下降到0.25以下,而水泥用量仍可保持在500kg/m3,同時它的坍落度可保持200mm以上,可以滿足施工要求。近年來,日本和歐美一些國家的研究者正在研究開發(fā)聚羧酸系減水劑,研究方向主要偏重于開發(fā)聚羧酸系減水劑及其相關(guān)的新拌混凝土工作性能和硬化混凝土的力學(xué)性能及工程使用技術(shù)等。
②國內(nèi)聚羧酸系減水劑的研究現(xiàn)狀
在我國,聚羧酸系減水劑的研究尚較晚,其用量只占減水劑總用量的2%。聚羧酸系減水劑產(chǎn)品市場前景廣闊,由于成本和技術(shù)性能問題,國內(nèi)對聚羧酸類減水劑產(chǎn)品的研究僅處于實驗室研制階段,只有少量用作坍落度損失控制劑與萘系減水劑復(fù)合使用。研究開發(fā)聚羧酸系高性能減水劑是高性能混凝土技術(shù)發(fā)展的必然要求。
為了縮小與國外的差距,必須加強聚羧酸系減水劑的基礎(chǔ)研究,努力提高自身的研究開發(fā)水平。從目前的情況來看,必須深入研究聚合物的支鏈和主鏈對減水、引氣、緩凝的影響,能工業(yè)化生產(chǎn)出一系列需要的大單體,優(yōu)化聚合工藝,開展聚羧酸系減水劑與傳統(tǒng)減水劑的協(xié)同效應(yīng)研究,加強聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)的研究。
3. 現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展促使減水劑向著高性能、高耐久性的方向發(fā)展，高性能混凝土減水劑已成為混凝土技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，那么，在我國高性能混凝土減水劑的應(yīng)用前景如何？
現(xiàn)代混凝土技術(shù)不斷向著高工作性、高強、高耐久或特種性能的方向發(fā)展,而混凝土減水劑技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用則為混凝土向高性能化方向發(fā)展提供了前提。美國國家標準與技術(shù)研究院和美國混凝土協(xié)會于1990年召開會議,首次提出了高性能混凝土的概念,即采用普通原材料、常規(guī)施工工藝,通過摻加外加劑和摻合料配制而成的具有高工作性、高強度、高耐久性等綜合性能優(yōu)良的混凝土。高性能減水劑由于其超分散作用,特別是達到非常低的水膠比后使混凝土能夠保持高的流動性,是高性能混凝土不可缺少的一種組分。目前,我國傳統(tǒng)的高性能減水劑包括,改性木鈣、萘系、三聚氰氨等,這些都難以滿足高性能混凝土對減水劑性能的要求,而聚羧酸系高效減水劑的性能更優(yōu)越,可根據(jù)實際情況配制各種不同強度等級的混凝土,而且其分子結(jié)構(gòu)的可調(diào)性大,可根據(jù)具體要求制備出不同性能的減水劑。所以,推廣應(yīng)用聚羧酸系高效減水劑是混凝土向高性能化方向發(fā)展的必然要求。
在日本,聚羧酸系高效減水劑的使用已高達90%左右,萘系減水劑只在預(yù)制混凝土制品中大量使用。在我國,由于高速鐵路客運專線、大壩以及國家重點工程等大型項目的迅猛發(fā)展推動了聚羧酸高效減水劑的使用,而混凝土攪拌站對聚羧酸系減水劑的使用仍處于觀望階段,主要原因是其價格較高且沒有豐富的使用經(jīng)驗。由此看來,我國的聚羧酸系高效減水劑在成本等方面還有較大的下降空間,再加上其使用經(jīng)驗的積累和工藝條件的成熟,在不久的將來聚羧酸系高效減水劑必將成為我國混凝土減水劑行業(yè)最主要的品種之一。
國內(nèi)聚羧酸減水劑的應(yīng)用前景：
中國正處于高速、大規(guī)模建設(shè)時期，每年基本建設(shè)的投入達五萬億元以上：
高速鐵路“十一五”期間的投資規(guī)模比“十五”期間翻了兩番
國家重點、重大工程按2006年中國水泥產(chǎn)量估算，國內(nèi)減水劑市場容量約200億人民幣，若聚羧酸減水劑市場占有量達到60％，銷售收入將突破120億人民幣。
4.高性能混凝土減水劑已成為混凝土配比中不可缺少的組分，其產(chǎn)品的優(yōu)劣，影響到我國每年數(shù)千億元基礎(chǔ)設(shè)施混凝土工程質(zhì)量的好壞、耐久性和使用壽命，那么，高性能混凝土減水劑是如何起到增加混凝土流動性，提高混凝土強度的作用的呢？
水泥加水拌合后,由于水泥顆粒間分子引力的作用,而產(chǎn)生許多絮狀物,形成絮凝結(jié)構(gòu),在這種結(jié)構(gòu)中,水泥顆粒周圍包裹著很多拌合水,從而降低了混凝土拌合物的和易性。這時,若 加入適量的減水劑，則由于其表面活性作用，致使憎水基端定向吸附于水泥顆粒表面，親水基端指向水溶液，于是使水泥顆粒表面均帶上相同的電荷，加大了水泥顆 粒間的靜電斥力，導(dǎo)致水泥顆粒相互分散。絮凝結(jié)構(gòu)解體，包裹的游離水被釋放出來，從而有效地增加了混凝土拌合物的流動性。另一方面，由于減水劑對水泥的分 散作用，使水泥顆粒與水接觸的表面增多，水化比較充分，從而可提高混凝土的強度。
5. 高性能混凝土減水劑的技術(shù)經(jīng)濟效果如何？
①在用水量不變時，混凝土塌落度可增大10～20cm；
②保持混凝土的和易性不變，可減水10％～50％，混凝土強度可提高15％～20％，特別是早期強度的提高更為顯著；
③保持混凝土強度不變時，可節(jié)約水泥用量10％～15％；
④水泥水化放熱速度減慢，放熱峰出現(xiàn)推遲；
⑤混凝土泌水、離析現(xiàn)象得到很大改善；
⑥混凝土透水性可降低40％～80％，提高抗?jié)B、抗凍、耐化學(xué)腐蝕及防銹蝕等能力；
⑦可配制特種混凝土，這將比采用特種水泥更為經(jīng)濟、簡便和靈活。
6.目前工程上常用的減水劑分為哪幾種，有何種特點？
目前，減水劑主要有木質(zhì)素系、萘系、樹脂系、糖蜜系和聚羧酸等幾類，各類還有引氣劑和非引氣劑之分。根據(jù)其對混凝土凝結(jié)、硬化速度的影響，又可分為普通型、早強型和緩凝型等三種。
（1）木質(zhì)素系減水劑（lignosulphonate water reducer）
主要品種是木質(zhì)素磺酸鈣，是提取酒精后的木漿廢液，經(jīng)蒸發(fā)、磺化濃縮、噴霧干燥所制得的一種棕黃色粉狀物，另外還有木鈉、木鎂型減水劑。其適宜摻量在0.2％～0.3％， 減水率10％左右，若不減水，塌落度可提高10cm左右，混凝土28d強度提高10％～20％，若保持強度不變，則可節(jié)約水泥10％；但是木鈣對混凝土有 緩凝作用，一般緩凝1～3h，低溫下緩凝性更強，摻量過多，緩凝嚴重。且木鈣為引氣減水劑，它使混凝土的含氣量由不摻時的2％增為3.6％，這對混凝土強 度有影響，但對混凝土抗凍性有利。
（2）萘系減水劑（naphthalene formaldehyde water reducer）
萘系減水劑是由煤焦油中分餾出的萘及萘的同系物為原料。經(jīng)磺化、縮合而成。其對水泥有強烈的分散作用，故其減水、增強、提高耐久性等效果均優(yōu)于木質(zhì)素，屬高效減水劑。一般減水率在15％以上，早強顯著，混凝土28d增強20％以上。適宜摻量為0.5％～1.5％左右，ph值7～9，適合于所有混凝土工程，更適于配制高強度混凝土及流化混凝土。
（3）糖蜜系減水劑
糖蜜系減水劑是以制糖廠生產(chǎn)過程中提煉食糖剩下的廢液為原料，用石灰中和成鹽類物質(zhì)，為棕褐色粉狀固體或糊狀液體，其除了具有一般減水劑的功能外，還具有顯著的緩凝作用，故屬緩凝型減水劑，一般對初凝、終凝時間要延長3h以上。其適宜摻量為0.2％～0.3％，減水率6％～10％，混凝土28d強度增強15％～20％，若保持原強度不變，可節(jié)約水泥10％左右。
（4）聚羧酸減水劑
聚羧酸高效減水劑具有特殊的梳狀結(jié)構(gòu)，通過靜 電效應(yīng)和空間位阻效應(yīng)促使水泥粒子分散，改善混凝土拌合物的和易性，能有效降低用水量，提高混凝土各項物理性能，包括混凝土抗壓、抗拉、抗折強度及彈性模 量，改善混凝土抗凍性及抗?jié)B性；能調(diào)節(jié)混凝土的凝結(jié)時間，改善混凝土的施工性能；同時，也能減少泌水性，提高混凝土密實性等其他效果，以提高混凝土的耐久 性。其有效摻量為0.1％～0.2％，聚羧酸減水劑的分散性強，摻量低，混凝土塌落度損失小，與不同水泥的相容性好，不引起明顯緩凝，微引氣。
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