綠色低碳早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑：預(yù)制構(gòu)件好幫手

  圖為山東中巖建材科技有限公司生產(chǎn)基地

  中巖科技在研究分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系基礎(chǔ)上，對(duì)早強(qiáng)型PCE進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并制備。他們采用已經(jīng)本土化的、具有較高分子量的大單體，并引入酰胺基團(tuán)，通過(guò)配方和工藝的優(yōu)化，控制產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和分子量，成功研制出綠色低碳早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑。

  聚羧酸系減水劑（PCE）由于其摻量低、減水率高、適應(yīng)性廣及混凝土耐久性優(yōu)異等特點(diǎn)，在很大程度上提高了混凝土性能，但在預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)中，由于傳統(tǒng)PCE的應(yīng)用會(huì)延長(zhǎng)水泥水化，其產(chǎn)生的緩凝作用使得預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)周期加長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)能耗提高、生產(chǎn)效率降低。因此，可提高混凝土早期強(qiáng)度的早強(qiáng)型PCE應(yīng)運(yùn)而生，其開(kāi)發(fā)及應(yīng)用將會(huì)提高模板周轉(zhuǎn)速率，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)盡早起吊運(yùn)輸和安裝，具有非常廣闊的應(yīng)用前景并將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

  早強(qiáng)型PCE國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

  長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)建筑工程的建造周期長(zhǎng)、勞動(dòng)生產(chǎn)率低，且在建筑節(jié)能與環(huán)保方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。近年來(lái)，隨著住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的增多，預(yù)制混凝土制品的用量呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。大規(guī)模預(yù)制構(gòu)件裝配式建設(shè)的實(shí)行，實(shí)現(xiàn)了住宅的高質(zhì)量、零缺陷、減少浪費(fèi)、快速度、高效益，同時(shí)能最好地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展并減少建筑揚(yáng)塵對(duì)空氣污染的影響。歐美國(guó)家預(yù)拌混凝土和預(yù)制混凝土的比例各占50%左右，而我國(guó)預(yù)制混凝土只占混凝土總量的10%，發(fā)展空間巨大。

  近幾年，日本觸媒公司、瑞士西卡公司、德國(guó)巴斯夫公司、德固賽公司、意大利馬貝公司及美國(guó)格雷斯公司紛紛推出了具有早強(qiáng)作用的PCE產(chǎn)品，并已用于預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)和要求早強(qiáng)的混凝土配制，如Rheobuild 3000FC、ViscoCrete、ADVA??152等。在意大利和西班牙，具有特殊功能基團(tuán)的兩性型PCE已被大量使用，在獲得較好坍落度保持性的同時(shí)提高了早期強(qiáng)度。2007年西卡公司發(fā)明了一種聚合物分子結(jié)構(gòu)中含有陰離子羧基、非離子聚氧乙烯基和陽(yáng)離子酰胺多胺基團(tuán)的兩性聚羧酸系共聚物，能夠降低混凝土的粘度，早強(qiáng)效果好，并且坍落度保持能力優(yōu)異。但國(guó)外用于制備早強(qiáng)型PCE的原料鑒于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原因在國(guó)內(nèi)不易獲得，且制備工藝較為復(fù)雜，工業(yè)化轉(zhuǎn)化的成本高昂，不利于推廣。

  目前，我國(guó)應(yīng)用于預(yù)制構(gòu)件混凝土的減水劑以萘系和三聚氰胺系減水劑為主，其中萘系減水劑多為低濃產(chǎn)品。但是，萘系減水劑的混凝土流動(dòng)性較差，坍落度損失較快，容易泌水，而且成型的混凝土構(gòu)件外觀色澤發(fā)暗，缺乏光亮感；三聚氰胺系減水劑雖然早強(qiáng)效果顯著，但與水泥品種適應(yīng)性不是太好，而且混凝土坍落度損失較快，另外也存在反應(yīng)條件要求嚴(yán)格、質(zhì)量難以控制等缺點(diǎn)。采用PCE產(chǎn)品配制預(yù)制構(gòu)件時(shí)，大多采用常規(guī)的PCE母液與無(wú)機(jī)或有機(jī)早強(qiáng)組分進(jìn)行復(fù)合。但使用效果不夠理想，且存在輔助組分的摻量高、物理相容性差、PCE使用和運(yùn)輸成本增加等問(wèn)題。因此，通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用化學(xué)合成的方法制備早強(qiáng)型PCE母液，是提高產(chǎn)品性能的有效途徑。而國(guó)內(nèi)在此方面的技術(shù)力量較為薄弱，產(chǎn)品的應(yīng)用性能和穩(wěn)定性與國(guó)際領(lǐng)先水平存在較大差距。因此工程應(yīng)用中多采用國(guó)外的早強(qiáng)型PCE，產(chǎn)品售價(jià)較高。

  中巖科技早強(qiáng)型PCE的優(yōu)勢(shì)和研制意義

  以往研究表明，酰胺基團(tuán)在水泥體系中能夠通過(guò)其中的氫鍵吸附大量的水，形成吸附水化膜，有效防止水泥顆粒凝聚，且能夠在C3A-CaSO4-H2O體系中促進(jìn)C3A的水化，從而提高早期強(qiáng)度。此外，PCE的側(cè)鏈越長(zhǎng)，對(duì)C3A和C3S的水化抑制作用越小，則混凝土早期強(qiáng)度越高。

  中巖科技在研究分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系基礎(chǔ)上，對(duì)早強(qiáng)型PCE進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并制備。采用已經(jīng)本土化的、具有較高分子量的大單體，并引入酰胺基團(tuán)，通過(guò)配方和工藝的優(yōu)化，控制產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和分子量，研制出一種綠色低碳早強(qiáng)型聚羧酸系減水劑。所得具有較長(zhǎng)的側(cè)鏈和較短的主鏈，可使水泥水化的誘導(dǎo)期縮短，改變了早期水泥水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)形態(tài)和穩(wěn)定性，加速水泥砂漿的凝結(jié)硬化。由于采用氧化—還原引發(fā)體系，降低了分解自由基的活化能，實(shí)現(xiàn)了常溫條件下的生產(chǎn)，符合節(jié)能減排的設(shè)計(jì)新理念。

  經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本品的減水率可達(dá)25%以上，與減水型PCE產(chǎn)品相比，凝結(jié)時(shí)間可縮短0.5~1小時(shí)，1天抗壓強(qiáng)度比可達(dá)到基準(zhǔn)混凝土的220%以上，且后期強(qiáng)度無(wú)倒縮，混凝土的抗氯離子滲透和抗凍性能也可得到明顯改善，綜合性能可與國(guó)外同類優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品相媲美。由于采用國(guó)產(chǎn)原料，且制備工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的性價(jià)比具有較大優(yōu)勢(shì)。

  中巖科技研制的綠色低碳早強(qiáng)型PCE，不僅在減水劑的制備過(guò)程中免去了加熱環(huán)節(jié)，降低生產(chǎn)能耗，且在預(yù)制構(gòu)件配制中可縮短生產(chǎn)周期，降低養(yǎng)護(hù)能耗，真正在各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排式生產(chǎn)。早強(qiáng)型PCE的推廣應(yīng)用，對(duì)提高我國(guó)預(yù)制構(gòu)件制品占比起到重要的推動(dòng)作用，同時(shí)促進(jìn)我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，應(yīng)用前景十分廣闊。