乔敏，冉千平

（江苏苏博特新材料股份有限公司，高性能土木工程材料国家重点实验室，江苏 南京 211103）

1 混凝土减水剂的应用领域及现状

混凝土是目前使用量最大的建筑材料，我国又是全世界混凝土的最大使用国。目前按照混凝土施工方式来分主要包括预拌混凝土、现浇混凝土和预制混凝土。而减水剂作为一种混凝土外加剂，虽然只有几十年的发展历史，但它的发展速度非常快，并在高强、高性能混凝土技术发展过程中扮演着举足轻重的角色。对于预拌混凝土来说，对于混凝土的流动性和保坍性能要求较高，目前主要使用的是聚羧酸类高性能减水剂，这类减水剂减水率最高，保坍性能好，特别适用于混凝土的远距离运输；对于预制和现浇混凝土来说，混凝土的保坍性能要求不高，但是对于混凝土的外观美观性、质量稳定性、材料波动的适应性和用水量的敏感性等方面要求均较高，萘系等高效减水剂具有减水率高、对于质量较差材料的适应性好、所制备的混凝土的外观美观性好等优点，特别适用于预制和现浇混凝土领域[1－3]。

据中国建材联合会混凝土外加剂分会的统计数据显示[4]，2015年中国混凝土减水剂总消耗量在851.7万t，其中聚羧酸高性能减水剂和萘系高效减水剂的产量分别达到621.9万t和180.6万t（见表1），占减水剂总消耗量的73.0%和21.2%，占据了减水剂市场的主要份额，这2类减水剂是目前用量最大、使用范围最广的减水剂种类。

表1 2011～2015年我国混凝土减水剂的市场情况 万t

2 混凝土减水剂的市场前景及所面临的问题

据国家统计局信息显示，2010～2016年我国固定资产投资长期保持10%以上的增幅，其中基础设施投资是支撑固定资产投资增速的主要因素，2016年基础设施投资总额为11.9万亿元，同比增长17.4%。随着基础设施建设的飞速发展，我国的水泥及混凝土产量持续走高，2016年全国水泥产量止跌回升达到24.05亿t，同比增长2.5%；2016年商品混凝土产量17.92亿m3，同比增长7.4%。经预测，“十三五”期间我国商品混凝土产量将持续稳定攀升，保持6%～8%的年增长率，这将直接带动混凝土外加剂需求量的攀升。见图1。

图1 “我国混凝土外加剂“十二五”期间产量统计及“十三五”期间的产量预测

聚羧酸高性能减水剂自20世纪80年代问世以来，由于具有掺量低、保坍性能好、混凝土收缩率低、分子结构上可调性强、高性能化的潜力大、生产过程中不使用甲醛等突出优点，越来越倍受业内人士以及使用单位的高度关注[5]，目前已经成为预拌混凝土主要使用的减水剂类型，广泛应用于高速铁路、高速公路、桥梁、隧道、地铁、核电、高层建筑等国家重大重点工程，解决了一系列的技术难题：如特大型跨江海桥梁和超高层建筑建设需要长距离运输混凝土，则要求其流动性3 h内几乎不损失且实现自密实；核电工程要求混凝土90 min内坍落度持续稳定控制在（12±2）cm；用于洲际导弹发射井等重要军事设施则要求混凝土超高强等[6]。随着我国重大基础设施工程的飞速发展，聚羧酸系高性能减水剂自2005年起在我国进入了快速发展阶段，仅10年时间，其用量从2005年的5万t发展到2015年的622万t，增长了约125倍。但是近几年来，全球资源危机和天然原材料匮乏的形势日趋严峻，人工骨料以及煤矸石、脱硫灰、尾矿等替代资源在混凝土中逐步使用，聚羧酸高性能减水剂在新的复杂组分体系中和严酷环境下适应性问题越来越突出。

萘系高效减水剂由于对水泥、砂石材料的适应性强、产品质量稳定、混凝土外观质量好等优点，在目前材料普通的混凝土和预制混凝土的减水剂市场中占据着主要份额[2]。在混凝土产品中，预制混凝土生产周期短、质量易于控制及施工效率高，是混凝土行业的重要发展趋势。随着住宅工业化、城市轨道交通、房地产和地下综合管廊等项目的大力建设，混凝土制品的需求将会越来越大（引自混凝土与水泥制品行业“十三五”规划），这将显著带动萘系高效减水剂的使用。同时，目前海外市场中萘系高效减水剂为主要的减水剂品种，因此在国家实施的“一带一路”战略和国际化合作格局的带动下，我国的减水剂（尤其是萘系减水剂）将越来越多的进入海外市场，目前萘系高效减水剂是我国减水剂出口的主力军，据国家海关总署统计数据显示，2016年的高效减水剂出口36.9万t，其中萘系减水剂所占的比例高达86.5%。同时相比2015～2017年的出口数据显示，近3年来高效减水剂的出口额呈现逐步攀升的趋势，可见萘系高效减水剂具有非常广大的海外市场前景。但是目前由于萘系减水剂生产过程中的环保问题日益突出，导致目前大多数的中小型萘系减水剂生产厂家被关停，这限制了萘系减水剂的产能，同时也促进了萘系减水剂产业往清洁化生产方向进行转型升级。

随着“一带一路”、“海洋大开发”及“新型城镇化”等国家战略的实施，海洋工程、地下工程、大型桥梁、高速铁路等重大工程以及各大城市的综合管网建设、装配式住宅工业、城市轨道交通、房地产等基础设施建设的大力发展，减水剂行业将迎来属于自己的春天。而聚羧酸高性能减水剂和萘系高效减水剂作为减水剂家族的中两大主力军，也会迎来宝贵的市场契机。

3 混凝土减水剂的未来发展趋势

尽管混凝土减水剂具有非常广阔的市场前景，但是目前现代建筑的复杂结构以及高温、干燥的严酷施工环境对混凝土材料的性能提出了更多更高的要求，同时高性能的混凝土减水剂作为化工新材料，也面临着严峻的环保问题。这些现状促使着混凝土减水剂的研究和生产单位不停地对混凝土减水剂进行着技术革新。

对于聚羧酸高性能减水剂来说，高性能化和功能化成为其未来发展的主要趋势[7]：

（1）高性能化。目前高性能混凝土对于混凝土高流动性、高流动性保持能力、低粘度、高适应性等性能的需求日益提高，因此为了满足高性能混凝土的发展需求，聚羧酸高性能减水剂的技术改进主要集中于超分散、降粘、高保坍、高适应性等高性能化方向发展。日本学者Hamada D等[8]通过引入超支化分子结构制备了可以降低低水胶比下混凝土粘度的聚羧酸高性能减水剂产品。杨锦杰和钟振声[9]提出在聚羧酸高性能减水剂主链上引入“两性离子类”，从而提高外加剂的饱和掺量，实现高分散性。另外，Hamada D等[10]提出，将羧酸基团进行改性，调控其吸附速率和在水泥强碱性环境下的水解速率，从而达到高保坍的目的。目前上述聚羧酸减水剂的前沿技术，在国内外均已经实现了产业化，正在推进着混凝土高性能化的发展。

（2）功能化。随着我国基础设施建设飞速发展，超高层泵送混凝土、自密实混凝土、大体积混凝土等混凝土应用形式陆续涌现，这些现代混凝土对于混凝土减水剂的要求日益提高，设计和合成具有特殊功能的聚羧酸分子结构，使其具有超早强、减缩抗裂和阻锈等多种功能，有利于进一步推动混凝土技术向高性能化和可持续发展方向攀升。缪昌文等[11]设想将具有超早强、减缩、阻锈功能的官能团接枝到共聚物主链中，从而实现利用化学外加剂的原位接枝而实现外加剂多功能化的目的。

对于萘系高效减水剂来说，经过长达60多年的发展，目前在国内外产品技术方面已经比较成熟，其未来的主要发展趋势主要集中在高性能化和清洁化生产2个方面：

（1）高性能化。未来的技术发展趋势是强化萘系减水剂的分子改性技术和复配技术，分别在提升萘系减水剂减水性能、缓凝保坍、低碱化等性能方面进行高性能化的技术改进。吴井志等[12－13]报道了利用稠环聚醚和活性接枝聚醚大单体改性萘系减水剂的专利技术，该技术改变了传统萘系减水剂单纯依靠静电排斥来提供分散作用的技术局限，成功的将空间位阻作用引入高效减水剂的分散机理中，大幅度提升了产品的性能。吕志锋等[14]报道在萘系减水剂分子骨架中引入磷酸基团和氨基基团从而显著改善萘系减水剂保坍效果的产品技术。另外，相关企业和科研院所也在积极探索用于改善高效减水剂保坍性能的各种复配应用技术，比如优选超缓凝剂[15－16]，优化不同减水剂之间的复配等技术手段。

（2）清洁化生产。随着国家《中华人民共和国环境保护税法》、GB 31040—2014《混凝土外加剂中残留甲醛的限量》等法规、标准的相继实施，减水剂的清洁化生产成为主要发展趋势。部分外加剂龙头企业正在积极改进生产工艺，投入先进的环保设备，采用自动化控制的先进生产线，降低减水剂中的甲醛残留和生产过程中的尾气排放。同时积极进行天然气替代煤作为主要能源的清洁化改进，大大减少由于燃煤产生的二氧化硫和氮氧化物的排放。

4 结语

借助目前国家大规模推进的住宅工业化、轨道交通、市政综合管网等城镇化建设和国家“一带一路”的国际化契机，减水剂将助力混凝土行业，迎来属于自己的春天。在今后相当长时期内，聚羧酸高性能减水剂在超高层、超大跨度等特种结构和高温等严酷环境下的预拌混凝土中占据主导地位，而萘系减水剂将在预制和现浇混凝土领域具有显著的技术优势。未来的混凝土减水剂发展趋势必然是技术创新引导、集中化自动化规模化的生产模式。在这样的市场考验下，具有技术和经济实力的中大型外加剂企业将逐步占据高效减水剂的技术高地和市场先机，而传统的粗放式生产模式和中小型生产企业将会逐步被淘汰。

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