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田培:我所经历的混凝土外加剂研发历程
发布时间:2015-12-18 11:14:56                  点击次数:365

    中国建材联合会混凝土外加剂分会自1986年10月22~23日在江苏常州召开成立大会以来,至今已经有30年了。这30年间,中国的混凝土外加剂行业经历了成长、发展和壮大。目前,我国外加剂产量已达世界之最,且品种齐全,应用广泛,我们可以自豪地说:中国是当今世界外加剂研究、生产和应用的大国,列世界各国之首。而中国建材联合会混凝土外加剂分会,在推动混凝土外加剂生产发展过程中发挥了巨大的作用!

    我本人是上世纪70年代初就开始从事混凝土外加剂的研究,并在外加剂协会筹备成立时做了一些工作,协会成立后,又长期负责协会的相关工作,对我国混凝土外加剂的研发及协会工作许多都是亲身经历或亲眼目睹的。值协会成立30年之际,协会秘书处约我写篇文章,谈协会所经历的30年。由于这30年所经历事情实在太多,在这里我只想写一些自己在工作中感受较深而难忘的事,以此庆贺外加剂协会辉煌的30年历程。

    回忆往事,历历在目。我于1962年到建材研究院参加工作,当时主要是从事水泥新品种的研究。“文化大革命”后期我被下放到“五七”干校,1971年初回院,重拾研究工作。记得有一天下午,室主任拿着一个样品走进我们的办公室,很认真地对项目组同事说:“这是一个设计单位送来的样品,加入混凝土中可以提高混凝土的密实性,防止尿素造粒塔混凝土被腐蚀,提高其使用寿命。”上世纪70年代初,由于农业生产的需要,我国引进大量化肥厂,为了解决尿素造粒塔的使用寿命问题,急需这种密实剂。由于我们刚从科技信息隔绝的干校回来,大家拿着样品反复观看,还是不知是什么东西。为了搞清楚这是什么,项目组由此踏入外加剂的研究之路,对此进行探索研究。由此时起,我就成了外加剂探索研究的一员。要解决眼前的问题,道路只有一条,尽快了解当前的国内外情况。通过边研究边与建材院技术情报所合作,并与当时来华访问的日本专家近藤连一进行座谈,较快地掌握了国外的情况,编译了“国外高强混凝土减水剂”一书,并于1975年5月出版发行。现在重新翻阅该书,感觉内容还是相当丰富。该书介绍了美国的外加剂品种和混凝土减水剂—普蜀里,日本研制的水泥分散剂—B-萘磺酸甲醛缩合物,西德研制的三聚氰胺外加剂,对刚踏上混凝土外加剂研究之路的研究人员来说,还是很有指导意义的。

    上世纪70年代初,国内许多单位开展混凝土外加剂的研究,当时的开发研究还是有一些特点的:

    一、当时研究单位与高校、生产厂的研究基本上是开放的,相互之间可以无保留地进行交流。例如,萘系减水剂是日本服部建一发明的,但其生产工艺与NNO基本上是相近的,主要是改变了萘与甲醛摩尔比,为了尽快研究萘系减水剂,我们当时可以去助剂厂学习,掌握NNO的生产工艺,厂里可以将生产技术教会你。

    二、针对不同的研究课题,基本上都是以科研院所单位为主体,由几个单位组成课题协作组。如MF减水剂、建1减水剂、N减水剂、AF减水剂、UNF减水剂、木质磺酸盐减水剂,项目研究进展是相当的快。当时发表的资料真实可靠,特别是在外加剂制备方面,你看懂了就可以制备出来。这一点与现在的技术就是商品、使用它就要付价的现状有很大不同。

    三、当时技术管理部门对于将科研成果及时转化成生产力非常重视,如果生产单位接产新的科技成果,生产单位改建、扩建生产线,资金上有困难,科研单位可以向其主管部门申请协助解决,没有技术转让费之说。

    四、萘系减水剂开始研究时,按国外专利,大多数单位采用精萘为原料,而生产的产品中和后大都是经过过滤的高浓产品。但由于当时精萘产量少且价格较贵,此后许多单位转用工业萘为原料。后来,又因当时我国水泥供应紧张,大多供应的是矿渣水泥,经过大量试验,用未过滤的产品(现在称为低浓产品)掺入混凝土还有一定的早强作用,所以后来生产的产品工艺就简化了,多为未过滤的低浓产品。目前,只有某些特殊要求(如防止碱骨料反应,要求低碱或出口的萘系减水剂)才用高浓的萘系减水剂。

    五、上世纪70年代,当时工业萘供应货源也较紧张,许多单位在研究萘系减水剂过程中都注意到工业副产品的利用。中国建筑材料科学研究院对煤焦油中的副产品(如甲基萘、甲基萘油、蒽油等)进行开发利用,并制出相应的高效减水剂,如MF减水剂(以甲基萘为原料);建1减水剂(以萘油为原料);AF减水剂(以蒽油为原料):UNF减水剂研究组以U萘(炼焦的副产品)为原料研制相应的高效减水剂等。

    六、上世纪70年代我国基本建设水泥是计划供应物资,施工单位把节约水泥放在重要位置,使用了外加剂可大幅度提高混凝土强度,节约水泥,完成更多工程量。因此,外加剂的推广使用,深受施工单位欢迎,但对混凝土的单价方面问题,要协助施工单位进行解决。

    七、萘系减水剂初期产品干燥多以蒸汽为热源,经过热交换进行干燥,干燥效率低,能耗消耗多。后来,经有关单位研究采用热风经除尘直接进行喷雾干燥,从而大幅度地提高了干燥效率,降低了能耗。再后来,又采用热风进行离心干燥,这两种干热方式(喷雾和离心)目前仍用于外加剂生产企业。

    八、刚开始研究和生产时,外加剂企业合成减水剂所用的设备反应釜的容积都很小,大多是1000~2000升,3000~5000升的很少,更谈不上半自动、全自动的生产线。现在合成的外加剂生产线半自动、全自动的已经较多,特别是一些大型企业,自动化生产线的水平是相当高的,反应釜的容积也很大,如大的反应釜达10000~20000升,甚至有50000升或更大的。我还记得1989年,混凝土外加剂协会受国外同行协会的邀请,到其国家参观访问。在研发初期,我们是非常渴望见到他们的生产线的。但我们代表团只能在其车间外转转,或安排到非外加剂厂去参观,这使我们感觉有点失望。现在我们可以说,经过外加剂行业同事的努力,我们今天有了先进的自动化生产线。在这里,我想顺便说一下,我国萘系减水剂生产配料大多采用高酸、高甲醛,采用这样的配方,对环境影响较大。随着我国生产设备的大型化,产能也有所富余,在这种情况下,适当降低酸和甲醛的用量,改变某些工艺参数,可减少对环境的污染,同样可生产出优质的产品,萘系减水剂生产厂可以自行尝试着做一下。

    九、萘系剂产量由初期几万吨逐渐发展到几百万吨产品时,工业萘的供应也日趋紧张,供不应求,最贵时达到每吨1万多元,严重影响到萘系减水剂的生产和应用。上世纪末,出现了聚羧酸系减水剂,由于聚羧酸系减水剂性能方面的特点显著,得到了快速发展。2013年,聚羧酸系减水剂产量达到近500万吨(以20%浓度计),从而减轻了减水剂对萘的需求,使萘价回落到正常价位,萘系减水剂得以正常生产和应用。

    本世纪初,聚羧酸系高性能减水剂其发展速度很快,性能上又有许多优点,是不是聚羧酸系高性能减水剂会很快取代萘系高效减水剂,萘系高效减水剂将不复存在了呢?对于这一问题,从我国外加剂的发展史就可以明确回答。我国外加剂较大规模地应用始于上世纪70年代,当时同时出现了萘系高效减水剂和密胺系高效减水剂,这两种高效减水剂在其各自最佳掺量时,在混凝土中的性能基本上是相同的。但是萘系高效减水剂2013年产量达357.6万吨,而密胺系减水剂的产量仅0.8万吨,两者产量差距非常大。究其原因,萘系高效减水剂与密胺高效减水剂相比,前者的价格长期低于后者,且性价比高,所以萘系高效减水剂得到较快的增长。密胺高效减水剂由于价格较贵,仅用于特殊的一些地方,如耐火混凝土、清水混凝土等,所以直到现在产量仍然很少。上世纪80年代和90年代,出现氨基磺酸盐减水剂和脂肪族减水剂。它们都有过快速增长期,氨基磺酸盐减水剂是处于苯酚价较便宜的时期,而脂肪族减水剂快速发展时期是处于其原料丙酮价格较低时。纵观各种外加剂的发展和产量,可以说,制约外加剂产品生存和发展的主要因素首先是其性能要好,次之其性价比要高,第三是生产过程对环境负面影响要小。这些因素是决定外加剂生产规模的主要因素。随着聚羧酸系高性能减水剂应用的推广,萘系高效减水剂对工业萘的需求会有所减少,那种萘系高效减水剂几乎用掉国产的所有工业萘,在产销不平衡的情况下,工业萘的价格不断上涨,影响萘系减水剂的生产和应用的价格因素将会有所减弱。当前,萘系高效减水剂和聚羧酸系高性能减水剂是我国使用量最大和使用面最广的两种减水剂,哪一种外加剂在今后的应用和产量上会占据主导位置,将取决于其原料价格的高低。这两种原材料价格的涨落将会大幅度地影响其产量和应用,氨基磺酸盐减水剂和脂肪族减水剂也是如此。因此,在应用上由于聚羧酸系高性能减水剂和萘系高效减水剂都有自己的特性,所以聚羧酸系高性能减水剂和其他各种高效减水剂将在相当长的时间内共存发展,并在共存发展中不断完善和提高其性能。

    我国混凝土外加剂经历了30年的发展,目前已经培养出一支技术实力雄厚、富有创新精神的科技队伍,且有一批大规模的自动化生产厂,完全有理由可以相信,我国在今后外加剂的研发工作中必将走在世界外加剂创新的前列。


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