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关于减水剂的一些基础知识

(2013-07-05 15:41:54)
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财经

关于减水剂的一些基础知识

 

 

谈到减水剂,一定要谈到商品混凝土,因为现混现用的混凝土是不需要这个产品的,只有商品混凝土才需要使用。那就从商混谈起吧。

 

一、商品混凝土

(一)商品混凝土。又称预拌混凝土,简称为商砼,俗称灰或料:是由水泥、骨料、水及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按照一定比例,在搅拌站经计量、拌制后出售并采用运输车,在规定时间内运送到使用地点的混凝土拌合物。

(二)商混简单的历史。多年来混凝土技术只有少数几次重要的突破,40年代开发的引气剂是其中之一,它改变了北美混凝土技术的面貌;高效减水剂是另一次重大突破,它在今后许多年里将对混凝土的生产与应用带来巨大的影响。目前商混在日本欧美等发达国家占比在80%左右,中国目前大概占比25%左右。

(三)商混的优点。

1、环保性。由于商品混凝土搅拌站设置在城市边缘地区,相对于施工现场搅拌的传统工艺减少了粉尘、噪音、污水等污染,改善了城市居民的工作和居住环境。随商品混凝土行业的发展和壮大,在工艺废渣和城市废弃物处理处置及综合利用方面逐步发挥更大的作用,减少环境恶化。

2、半成品商品混凝土是一种特殊的建筑材料。交货时是塑性、流态状的半成品。在所有权转以后,还需要使用方继续尽一定的质量义务,才能达到最终的设计要求。因此,它的质量是供需双方共同的责任。

3、质量稳定性。由于商品混凝土搅拌站是一个专业性的混凝土生产企业,管理模式基本定型且比较单一,设备配置先进,不仅产量大、生产周期短,而且几率较为准确,搅拌较为均匀,生产工艺相对简洁、稳定,生产人员有比较丰富的经验,而且实现全天候生产,质量相对施工现场搅拌的混凝土更稳定可靠,提高了工程质量。 商品混凝土简单来讲,就是水泥、骨料、水和外加剂等,采用先进设备按照程序中预定比例混合而成的混凝土半成品。相比早期人工现场搅拌的混凝土,其材料掺杂比例、容重等更加准确。因而,现场混凝土施工过程中,无须人工自行添加水或其他组成材料,而自行再次添加也属违规行为,也致使商品混凝土强度等级或质量得不到保证。

4、技术先进性。随着21世纪混凝土工程的大型化、多功能化、施工与应用环境的复杂化、应用领域的扩大化以及资源与环境的优化,人们对传统的商品混凝土材料提出了更高的要求。由于施工现场搅拌一般都是些临时性设施,条件较差,原材料质量难以控制,制备混凝土的搅拌机容量小且计量精度低,也没有严格的质量保证体系。因此,质量很难满足混凝土具有的高性能化和多功能化得需要。而商品混凝土的生产集中、规模大,便于管理,能实现建设工程结构设计的各种要求,有利于新技术、新材料的推广应用,特别有利于散装水泥、混凝土外加剂和矿物掺合料的推广应用,这是保证混凝土具有高性能化和多功能化得必有条件,同时能够有效的节约资源和能用。

5、提高工效

相比传统意义上的混凝土,商品混凝土大规模的商业化生产和罐装运送,并采用泵送工艺浇筑,不仅提高了生产效率,施工进度也得到很大的提高,明显缩短了工程建造周期。

6、文明性

社会是和谐的社会,应用商品混凝土后,减少了施工现场建筑材料的堆放,明显改变了施工现场脏、乱、差等现象,提高了施工现场的安全性,当施工现场较为狭窄时,这一作用更显示出其优越性,施工的文明程度得到了根本性的提高。

 

(四)成本比较

1、在中等及以下城市中,现场搅拌混凝土成本低于商品混凝土。

2、在中等及以上城市中,禁止现场搅拌。而且现场搅拌混凝土成本高于商品混凝土。

3、主要成本差异是原材料,还有工期长短,比方说一个5000m³的筏板,现场搅拌的话估计得1个月以上,而商砼仅1-3天就能完工,虽然价格高,但人工费、电费、设备租赁费用都会省下来一大部分。

 

(五)混凝土外加剂市场需求量大,前景广阔

1、混凝土外加剂的供应对象主要分为两类:一类为商品混凝土和管桩等水泥制品企业;另一类为大型重点工程,包括高铁、高速公路、隧道、桥梁等大型基建工程,因为这类工程目前混凝土仍是采用现场搅拌,而非预拌的商品混凝土。

2、根据中国混凝土网等统计,近几年来,国内商品混凝土产量的增长率均保持在20%左右,据此预计,2012年,中国商品混凝土产量约为14.31亿立方米,按每立方米6公斤减水剂的需求量,2012年,光商品混凝土对减水剂的需求量就达到859万吨,以其中30%为羧酸系减水剂计算,2012年,羧酸系减水剂供应商品混凝土的需求量达到250-300万吨。

3、考虑到近年来中国投资拉动内需的主要对象是铁路、公路、大型基建项目等,其中大量使用的是现场搅拌混凝土,因此,外加剂市场,特别是羧酸系减水剂市场将更为巨大。

 

从上面的一些基础知识可知,商混肯定是未来的发展趋势,将来商混大部分取代现混是必然的。“十二五”期间,国家要求提高商混预拌比例,预计“十二五”末我国商业混凝土比例将上升至50%,过去几年行业的增长速度在20%左右,也许市场可能并没有那么乐观。中国人急功近利、本着白猫黑猫只要能抓到老鼠就是好猫的原则,能省一分钱绝对不愿意多花一分钱,至于什么商混劳动强度大、节省材料、不环保等哪怕是上万条优点,在没有政策强制规定的情况下,跟商人是没有一丁点关系的,所以城镇化建设未必会加快商混的进程,甚至还会延缓取代过程。

 

 

二、减水剂

 

介绍完商混,再来说说减水剂,就容易多了。

 

(一)减水剂

英文名:water-reducing admixturewater reducerplasticizer..

外观形态分为水剂和粉剂。水剂含固量一般有20%40%(又称母液),60 %,粉剂含固量一般为98%

根据减水剂减水及增强能力,分为普通减水剂(又称塑化剂,减水率不小于8%)、高效减水剂(又称超塑化剂,减水率不小于14%)和高性能减水剂(减水率不小于25%),并又分别分为早强型、标准型和缓凝型。

按组成材料分为:

1)木质素磺酸盐类;

2)多环芳香族盐类;

3)水溶性树脂磺酸盐类。

普通减水剂宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土。高效减水剂宜用于日最低气温0℃以上施工的混凝土,并适用于制备大流动性混凝土、高强混凝土以及蒸养混凝土

目前市场上常用的几种减水剂为:木质素磺酸钠盐减水剂,萘系高效减水剂,脂肪族高效减水剂,氨基高效减水剂,聚羧酸高性能减水剂等。

 

1.木质素磺酸盐系减水剂

木质素磺酸盐系减水剂是世界上使用最早的减水剂品种,已有70年的历史。它的减水率相对较低(5%12%),具有一定缓凝性,对混凝土抗压强度提高的幅度较小,一般仅用于强度等级为C35以下的混凝土。在大体积混凝土中,木质素磺酸盐系减水剂的应用也较广泛。木质素磺酸盐掺量大时混凝土含气量高,缓凝性强,对强度有严重的负面影响。另外,这类减水剂与调凝组分为硬石膏的水泥不适应。

由于目前混凝土追求大流动性、高强和高耐久性,一定程度上影响了木质素磺酸盐系减水剂的使用,但由于它的原材料来源广泛,价格便宜,仍占据着较大的市场。将木质素磺酸盐系减水剂与萘系、三聚氰胺系、氨基磺酸盐系,甚至聚羧酸盐系等高效减水剂复配使用,也是相互补充的一种手段。

 

2.萘系高效减水剂

萘系高效减水剂根据其产品中Na2SO4含量的高低,可分为高浓型产品(Na2SO4含量<3%)、中浓型产品(Na2SO4含量3%10%)和低浓型产品(Na2SO4含量>10%)。目前大多数萘系高效减水剂合成厂都具备将Na2SO4含量控制在3%以下的能力,有些先进企业甚至可将其控制在0.4%以下。

萘系减水剂是我国目前生产量最大,使用最广的高效减水剂(占减水剂用量的70%以上),其特点是减水率较高(15%25%),不引气,对凝结时间影响小,与水泥适应性相对较好,能与其他各种外加剂复合使用,价格也相对便宜。萘系减水剂常被用于配制大流动性、高强、高性能混凝土。单纯掺加萘系减水剂的混凝土坍落度损失较快。另外,萘系减水剂与某些水泥适应性还需改善。目前,萘系高效减水剂由于原材料———工业萘供应的紧张,价格浮动较大。

甲基萘、古马隆属于焦油的下游产品,这两种原材料,以及蒽油,都可以替代工业萘用以合成高效减水剂,但此类高效减水剂在市场上并不多见,经常是在工业萘供货十分紧张的情况下,有些工厂才生产。这些产品往往挥发成分较多,有刺激性气味,缓凝较严重,引气性大,减水、增强效果不如萘系高效减水剂,混凝土坍落度损失较严重,与水泥适应性不佳。根据试验和统计,几种多环芳烃型高效减水剂的性能差异可以归纳为,减水率:萘系>古马隆系>蒽系> 甲基萘系>煤焦油混合系;引气性:煤焦油混合系>甲基萘系>蒽系>古马隆系>萘系;缓凝作用:煤焦油混合系>甲基萘系>蒽系>古马隆系>萘系;混凝土坍落度损失:蒽系>甲基萘系>萘系>古马隆系>煤焦油混合系。

 

3.三聚氰胺系高效减水剂

三聚氰胺系高效减水剂引气性小,无缓凝作用,减水率与萘系高效减水剂相当,对混凝土增强效果较好,但掺这种减水剂的混凝土坍落度损失也较快。由于三聚氰胺系高效减水剂生产成本较高,性能上并没有表现出明显超越萘系高效减水剂之处,所以结构混凝土工程中极少使用。由于其无色和低引气性的特征,目前在干粉建材及彩色路面砖等的生产中得到应用。

 

4.脂肪族系高效减水剂

脂肪族系高效减水剂生产工艺相对简单,其掺量较低(0.5%),减水率20%以上,引气量较低,不使混凝土过分泌水,对混凝土凝结时间影响较小。由于其掺入混凝土中后易渗色,经常受到用户的质疑,但并不影响混凝土的内在和表面性能。这种高效减水剂目前在高强管桩生产中应用较多。

 

5.氨基磺酸盐系高效减水剂

氨基磺酸盐系高效减水剂以氨基苯磺酸、苯酚、甲醛等为主要原料,也可用苯酚和尿素等原料合成。

氨基磺酸盐系高效减水剂在掺量较低(0.2%0.3%)时具有一定的塑化效果,它不仅具有较高的减水率(23%28%),而且可有效地控制混凝土坍落度损失。氨基磺酸盐系减水剂掺量较高时也易引起过度泌水和缓凝。将氨基磺酸盐系高效减水剂与萘系高效减水剂等进行复合,不仅可以减少泌水,改善萘系高效减水剂与水泥的适应性,而且能增强混凝土的坍落度保持性。这类高效减水剂生产成本比萘系减水剂高。

 

6.聚羧酸盐系高效减水剂

与其他品种减水剂相比,聚羧酸盐系高效减水剂不仅具有超分散性能,而且能抑制混凝土的坍落度损失,是目前国内外减水剂开发研究的重点。聚羧酸盐系减水剂与不同的水泥均有相对较好的适应性,在低水胶比时更易发挥其低黏度和坍落度保持性能,所以它在欧洲和日本的推广应用很快。

由于聚羧酸系高效减水剂具有以上多种独特优点,被认为是发展前景十分广阔的外加剂。但由于对聚羧酸系减水剂的合成、作用机理和应用等方面的研究深度不够,还存在一些急需解决的问题,包括:1)深入了解不同单体间复杂的相互作用,为改性提供理论依据;2)清楚地表征该类减水剂的化学结构,从而找出其性能与结构间的关系;3)虽然这种减水剂与水泥的相容性比其他种类的减水剂更好,但也经常发生混凝土坍落度损失太快及混凝土快硬等不正常现象,应尽快找出原因,并通过合成或复配工艺解决;4)掺该外加剂配制的低水胶比混凝土拌合物有时黏性太大,泵送困难,而有时黏度太低,振动成型时极易分层,或者有时泌水、引气现象十分严重;5)聚羧酸系高效减水剂与常用缓凝组分、引气组分和早强组分的相容性问题也需要解决。

 

(二)作用机理

分散作用水泥加水拌合后,由于水泥颗粒分子引力的作用,使水泥浆形成絮凝结构,使10%30%的拌合水被包裹在水泥颗粒之中,不能参与自由流动和润滑作用,从而影响了混凝土拌合物的流动性。当加入减水剂后,由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面,使水泥颗粒表面带有同一种电荷(通常为负电荷),形成静电排斥作用,促使水泥颗粒相互分散,絮凝结构破坏,释放出被包裹部分水,参与流动,从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。

润滑作用:减水剂中的亲水基极性很强,因此水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜,这层水膜具有很好的润滑作用,能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力,从而使混凝土流动性进一步提高。

空间位阻作用:减水剂结构中具有亲水性的聚醚侧链,伸展于水溶液中,从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当水泥颗粒靠近时,吸附层开始重叠,即在水泥颗粒间产生空间位阻作用,重叠越多,空间位阻斥力越大,对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大,使得混凝土的坍落度保持良好。

接枝共聚支链的缓释作用:新型的减水剂如聚羧酸减水剂在制备的过程中,在减水剂的分子上接枝上一些支链,该支链不仅可提供空间位阻效应,而且,在水泥水化的高碱度环境中,该支链还可慢慢被切断,从而释放出具有分散作用的多羧酸,这样就可提高水泥粒子的分散效果,并控制坍落度损失。

 

(三)重点谈谈羧酸系减水剂优点

聚羧酸系减水剂在1985年由日本研发成功后,90年代中期正式工业化生产,1995年后在日本应用量大大超过了萘系减水剂。

羧酸系减水剂具有低掺量、高减水增强率、和水泥的适应性好、混凝土坍落度损失小等优点,是一种国际公认的安全、绿色环保型高性能减水剂。目前,在日本、欧美等发达国家第三代羧酸系减水剂已占到混凝土减水剂市场的60%,传统的萘系第二代减水剂已经处于市场的衰减期。而我国仍以萘系减水剂为主,约占减水剂使用量的80%,羧酸系减水剂则还处于起步阶段。因此,未来几年将是第三代羧酸系减水剂高速增长的周期。但目前,国内完全掌握第三代羧酸系减水剂合成与应用技术的企业不超过十家。

 具体优点:

1、掺量低、减水率高,减水率可高达45%

2坍落度轻时损失小,预拌混凝土坍落度损失率1h小于5%2h小于10%

3、增强效果显著,砼3d抗压强度提高50110%28d抗压强度提高4080%90d抗压强度提高3060%

4、混凝土和易性优良,无离析、泌水现象,混凝土外观颜色均一。用于配制高标号混凝土时,混凝土粘聚性好且易于搅拌;

5、含气量适中,对混凝土弹性模量无不利影响,抗冻耐久性好;

6、能降低水泥早期水化热,有利于大体积混凝土和夏季施工;

7、适应性优良,水泥、掺合料相容性好,温度适应性好,与不同品种水泥和掺合料具有很好的相容性,解决了采用其它类减水剂与胶凝材料相容性差的问题;

8、低收缩,可明显降低混凝土收缩,抗冻融能力和抗碳化能力明显优于普通混凝土;显著提高混凝土体积稳定性和长期耐久性;

9碱含量极低,碱含量≤0.2%,可有效地防止碱骨料反应的发生

10、产品稳定性好,长期储存无分层、沉淀现象发生,低温时无结晶析出;

11、产品绿色环保,不含甲醛,为环境友好型产品;

12、经济效益好,工程综合造价低于使用其它类型产品,同强度条件下可节省水泥15-25%

 

(四)我国目前减水剂使用现状

2010年我国水泥产量18.6亿吨,其中60%的水泥用于混凝土的生产。根据搅拌方式的不同,混凝土分为预拌混凝土和现拌混凝土,其中预拌混凝土由于在组织材料、配比和施工方式等方面的显著优势,成为未来混凝土的主流趋势。
  作为商业预拌混凝土的必备添加剂减水剂,在混凝土总成本中的占比约为3%-5%,但每立方米混凝土的减水剂用量约为2.5-4.5kg2010年我国减水剂消费总量约为425万吨,其中二代减水剂占比67%,三代减水剂占比28%。与二代减水剂相比,三代羧酸系减水剂在性能上更加优越,对混凝土的性能改善效果更好,但由于三代减水剂的主要原料环氧乙烷价格较高,在很长一段时间内减水剂市场将仍然以二代为主;另外,由于三代减水剂的生产设备与二代减水剂生产设备的较大差异性,使替换成本较大。因此在我国这个替代时间将较长,预计三代减水剂的占比从目前的30%左右提升到60%尚需十年的时间。

目前,我国减水剂行业上属于成长的中前期,各地减水剂市场竞争较小,中小企业和大企业并存,市场覆盖重合度较低,大企业之间尚未出现激烈的正面交锋。目前,前十大减水剂企业的市场占有率总和仅为25%,尚未形成规模效应。随着行业的发展和整合,预计小企业会在日益加剧的竞争中逐渐退出市场,各地将形成以大企业为主导的区域性市场。未来几年,受益于商业混凝土占比的提升,减水剂行业仍将继续快速发展,市场容量将进一步扩大。

 

 

以上知识是个人短期内学习整理所得,本人只是归纳总结,主要数据和内容并非本人原创。为了研究减水剂相关企业,只得从从基础知识学习开始,否则连产品是什么,企业的经营和销售的理解就无从谈起。此文仅是个人爱好,不构成任何投资建议。

 

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