我国水泥和混凝土外加剂的研究与发展

摘要：本文通过对我国水泥和混凝土外加剂发展现状分析，认为应加强外加剂理论研究；加强生产技术与管理，提高外加剂性能；提高和普及外加剂知识，加速其推广应用，以适应高强高性能混凝土发展需要，发展外加剂产业。
关键词：现状分析，研究与发展。
一、引言
随着科学技术的不断发展，人们对混凝土的性能提出了各种新的更高的要求。从本世纪40年代开始推广外加剂以来，它的进展不但从微观、亚微观层次改变了硬化混凝土的内部结构，并且在工艺过程中改变了新拌混凝土的结构。这对于混凝土技术来说是一次飞跃。混凝土中合理掺加一定量的外加剂，可达到提高混凝土早期或各龄期强度、改善施工条件、降低水化热、调节凝结时间、改善泵送性、节约水泥用量和节能等目的。
混凝土制品种类的日益增多，结构物的日益复杂及大型化发展，出现了许多超大型的特种混凝土结构物，这些新型混凝土制品和特殊工程，仅仅依靠已有的振动、加压、真空等工艺已不再能满足施工的要求，迫切需要为混凝土制备及施工提供性能各异的多种外加剂。由此看来，水泥和混凝土外加剂是一个具有巨大社会和经济效益而又很有发展前途的材料科学领域。
二、工业发达国家外加剂的研究与发展
据不完全统计，目前全世界混凝土外加剂产品已有四、五百种之多，从70年代开始，一些国家掺用外加剂的混凝土总量比例在50%以上，更有些国家已发展到没有不掺外加剂的混凝土。如北欧、日本、澳大利亚等几乎在所有水泥混凝土工程及制品中使用各种减水剂或其它外加剂；美国、加拿大、德国、俄罗斯、英国等，外加剂在混凝土中的使用率大致为50~80%；其他国家采用外加剂的比例也在与日俱增。
从整个世界范围来看，掺外加剂的混凝土不仅比例增加，而且在外加剂的种类和添加方法上，也正在不断发展与革新，有的采用在混凝土拌合时或拌合前添加的同掺法、先掺法；有的采用在混凝土拌合后经一定时间，分一次或数次添加的后掺法，也有的则在制造水泥过程中添加，成为新品种水泥。
1962年日本花王石碱公司的服部健一博士等首先研制成以β-萘磺酸甲醛缩合物钠盐为主要成份的减水剂，即萘系减水剂。这类减水剂具有减水率高、基本不影响混凝土凝结时间及引气量低等特点，适用于高强或大流动性混凝土。
1964年德国研制成磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，即密胺树脂系减水剂。该类减水剂与萘系减水剂同样具有减水率高、早强效果好、低引气量等特点，同时对蒸养混凝土制品和铝酸盐含量高的水泥混凝土适应性较好，能制备高强或大流动性混凝土。
60年代前苏联研制成一种由环氧氯丙烷与甲苯二胺聚合而成的水溶性环氧树脂外加剂，简称N089。这种外加剂对混凝土具有良好的增强效果，尤其能使混凝土的抗折强度显著提高，也能使混凝土的抗裂、抗渗等性能得到显著改善。
美国、日本等国家为改善混凝土的和易性、耐久性及其他物理力学性能，广泛采用引气减水剂――AE剂。
为满足混凝土工程中速凝、早强、缓凝、引气等不同要求，各种有机及无机物复合的外加剂不断涌现。当然，目前应用最广的还是木质素磺酸钙减水剂――木钙减水剂。
由于萘系和密胺树脂系等高效减水剂对混凝土改性方面的重要贡献，使减水剂成为继钢筋混凝土和预应力混凝土之后，混凝土发展史上又一次重大技术突破。以高效减水剂的研制和应用为标志，混凝土技术进入由塑性→干硬性→流动性的第三代。
随着减水剂应用技术的发展，推动了混凝土新工艺的不断进步。混凝土中掺加适量的减水剂可制备自密实、大流动性混凝土，施工中可采用泵送浇注新工艺，生产效率大大提高。滑模及大模板施工工艺中采用复合早强减水剂不但可提高混凝土的早期强度，节省模板和加快模板周转，而且还可以使新拌混凝土具有较好的和易性，满足保水性和粘稠性等方面的要求。商品混凝土的发展，减水剂起着重要作用。
在各类外加剂的使用过程中，萘系和密胺树脂系性能虽好，但采用的是化工原料，价格昂贵。由于混凝土是一种价廉的建筑材料，如果外加剂过于昂贵就势必影响其推广使用。据了解，即使在日本，萘系高效减水剂的用量也不大。为此，各国普遍开展了利用工业副产品或工业废料生产类似性能产品的研究工作，如木钙系的改性研究。木钙虽然价廉，但有两个致命弱点，引气和缓凝。因此木钙的用量受到限制，一般不超过水泥用量的0.3%，这样小的用量无法达到超塑化剂的效果。目前对木钙的改性研究大多是建立在以木钙为基础，采用萘系或三聚氰胺系减水剂进行复合的方法，但价格仍不能降到理想水平。而木钙本身结构改性工作是研究的焦点。世界上有多个研究小组从事这项研究，已有新的突破。
总之，工业发达国家在外加剂研究、应用方面，不仅品种全、使用面广，而且性能优良，综合考虑了资源利用的问题，在废物利用方面取得了重大进展。
三、我国外加剂领域发展现状分析
我国在50年代开始生产和使用以松香皂为主要成份的引气剂，以氯盐为主要成份的早强剂，以及以纸浆废液为主要成份的塑化剂。近20年来，国内许多学者，研究单位、高等院校及各类施工公司，相继在这方面作了大量的研究、开发和推广应用工作，据不完全统计，目前我国从事混凝土外加剂的生产企业有300多家，产品牌号有200多个。如萘系有NF、FDN、SN-2、UNF等；密胺树脂系的SM及引气减水剂CON-A、KF等。
可以说我国外加剂品种较齐全，研究和生产已具有相当高的水平，如高效减水剂、木质素磺酸钙减水剂已达到国外同类产品的先进水平。在早强减水剂、防冻剂、速凝剂和膨胀剂等复配技术方面也有所创新。
总之，我国在混凝土外加剂的研究、生产、推广应用诸方面取得了可喜的成绩。但与世界水平相比，差距仍较大，主要表现在以下几个方面：
一是技术落后，产品质量不稳定。近些年来混凝土外加剂的发展较为迅速，因而存在着盲目发展产品，不少企业技术及管理水平较低，导致产品质量波动，性能不稳定。
二是大多采用化工原料，价格昂贵，废物利用方面的研究进展不大。
三是应用范围不广泛。我国应用外加剂的水泥量仅占水泥总量的20%，且主要用量仅在北京、上海、广州、深圳等发达地区或一些特种混凝土中；而在有些地区，几乎无人问津。
再是一些工程曾发生过使用外加剂不当等质量事故，说明应用技术上还存在一定问题。