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萘系高效減水劑發展趨勢及對工業萘的需求分析

放大字體  縮小字體 發布日期:2010-08-18  來源:中國混凝土網  作者:中國建材報
核心提示:萘系高效減水劑發展趨勢及對工業萘的需求分析
  近30年來,隨著國內外水泥混凝土材料科學水平的提高,以及結構物(構筑物)向高強化、大型化、巨量化、功能化、施工工藝復雜化、綠色化等方向發展,混凝土外加劑技術取得長足進步,我國已經頒布的外加劑標準涵蓋了近20個外加劑品種。本世紀初開始,我國開始生產使用聚羧酸系減水劑,但萘系減水劑仍被大量單獨使用,而且廣泛應用于其他品種外加劑的復配生產。萘系減水劑在減水劑家族中占有十分特殊和重要的地位,在今后相當長的時間內,這種特殊和重要的地位不會被動搖。

  當前我國預拌混凝土和預制混凝土的總量只占混凝土產量的30%,除了這類混凝土中全部使用外加劑外,其他大約20%的工地現拌混凝土也采用外加劑,這樣算來,我國目前只有50%的混凝土摻加外加劑,而發達國家這一比例高達80%~90%。此外,基礎設施建設和急速的城市化發展,使得我國水泥產量和混凝土的需求量迅速增長。從這兩點來看,我國混凝土外加劑的需求量和產量將大幅度提高。因此,煤化工和石油化工的下游副產品工業萘,作為混凝土外加劑產品之一的萘系減水劑的上游原材料,將會迎來一個更加燦爛的明天。

  一、外加劑對混凝土材料可持續發展和節能減排的重要作用

  混凝土外加劑的使用對混凝土材料可持續發展、節能減排和低碳經濟的發展已經起到了不可替代的作用,并且將來會起到更巨大的作用。

  20世紀80年代,高性能混凝土概念的提出和研究應用熱潮的興起,以及隨后綠色高性能混凝土概念的深化,都源自于各種混凝土外加劑的研制和成功應用。

  單從技術角度看,摻加外加劑可以為混凝土帶來以下好處:1)按要求改善混凝土的力學性能(增強、早強、緩凝、速凝等)。2)按要求改善混凝土的施工性(大流動性、自流平、自填充、水下澆筑性、可噴射施工等)。3)提高混凝土的耐久性,延長結構物使用壽命。4)加快工程進度,縮短工期,加速模板周轉。 5)節約水泥,節省成本和造價等。

  歸納起來,混凝土外加劑對混凝土材料的可持續發展有以下推動作用,并起到良好的保證作用。

  1.混凝土外加劑的生產本身利用了大量的工業廢液、固體廢棄物。

  木質素磺酸鹽減水劑原材料采用紙漿廢液,生產工藝簡單,是幫助紙漿企業消化處理紙漿廢液、降低河道污染、保護環境的一種重要的環保產品。生產1噸木質素磺酸鹽減水劑,能幫助企業處理2.5噸濃度為40%左右的紙漿廢液,相應地降低了紙漿企業廢液排放對江河的化學污染。

  早強劑、速凝劑、泵送劑、防水劑、緩凝劑、緩凝減水劑等的生產過程中都可能會用到工業廢液、固體廢棄物。

  2.混凝土外加劑的應用改善了混凝土的流動性,降低了施工能耗。

  減水劑的成功應用,使大流動性混凝土的配制成為可能,大大降低了振實能耗。近年發展起來的自流平、自密實混凝土不需振動或稍加振動就可以密實,而且可用來澆筑復雜、薄壁結構。

  3.使混凝土高強化,減小了結構尺寸。

  目前,由于高效減水劑、高性能減水劑的應用,C60~C80混凝土,甚至C100混凝土也在實際工程中應用。相比較于減水劑出現前的C20~C30混凝土,結構尺寸大大降低,相當于減少了水泥混凝土的原材料消耗。

  4.減少了水泥用量,并消耗大量粉煤灰、礦渣粉等工業固體廢渣,大幅度降低了混凝土材料的碳排放量。

  正是減水劑和各種其他外加劑的成功應用,使混凝土中的水泥用量從過去普遍的300kg/m³~600kg/m³,降低到目前的130kg/m³~350kg/m³,而粉煤灰、礦渣粉的摻量可高達30%~50%,甚至60%~70%。

  我國目前每年減水劑的生產量為300萬噸左右。單從摻減水劑降低混凝土單位水泥用量的效益,就可見一斑。按照減水劑摻量為水泥用量的0.6%、水泥用量減少15%計算,我國每年僅減水劑的使用就減少了1.12億噸水泥用量,這相當于每年減少1.1億噸的碳排放。

  5.大大改善了混凝土的耐久性,減少了修補和重建所消耗的原材料。

  東海大橋、杭州灣大橋結構混凝土設計基準壽命為100年,這比30年和50年壽命的結構物壽命分別延長3倍和2倍,將減少2倍和1倍的重建材料。

  6.利用超早強作用節約了預制混凝土的養護能耗。

  預制混凝土耗能最大的環節就是蒸養和蒸壓養護。采用具有高減水效果的早強減水劑,可以大幅度提高預制混凝土的早期強度發展速率,從而免去了蒸養甚至蒸壓養護環節,節能效果十分明顯。

  7.合理改善混凝土性能,實現混凝土拌合物的全商品化供應。

  混凝土能實現商品化,減水劑和泵送劑產品功不可沒。為滿足各種具體的工程,人們相繼開發研制了緩凝型、早強型、防水型、膨脹型、防凍型泵送劑等,為具有不同性能和功能的商品泵送混凝土的生產提供了重要的外加劑品種的保證。

  二、混凝土外加劑的現狀及其發展方向

  1.標準和品種

  混凝土外加劑的應用對于混凝土材料的可持續發展具有決定性的作用。目前,我國已經建立了較完善的外加劑標準和規范,其中涉及到22個外加劑品種。除此之外,還有一些新開發生產的產品,尚無國家和部頒的標準,如混凝土減縮劑、水下抗分散混凝土外加劑、混凝土保水劑、混凝土內養護劑等。

  2.產量及組成

  我國混凝土外加劑從20世紀50年代的木質素磺酸鹽減水劑的生產開始,直到1980年的萘系高效減水劑的投產,產量一直很低。混凝土外加劑產量真正增加是從1995年開始的,但由于當時全國大部分地區的混凝土仍以現場攪拌為主,到1998年時,減水劑的總產量只有19.38萬噸。而自l998年開始,產量增幅加大,2003年產量73萬噸,比1998年增加265%;2005年產量達到111萬噸,比2003年增加52%。2007年外加劑總產量達到 424.79萬噸,其中合成減水劑達到284.54萬噸,比2005年增加156%。

  2007年~2009年,是我國混凝土大發展時期。2009年,全國混凝土外加劑總產量高達722.52萬噸,比2007年增長70.1%。2009 年,全國合成減水劑總產量為484.68萬噸,比2007年增長70.3%。2009年,雖然聚羧酸系減水劑的產量比2007年增加206.1%,但在合成減水劑中,各種高效減水劑的比例仍高達67%,聚羧酸系高性能減水劑占26%,木質素減水劑占7%。

  3.技術水平及發展趨勢

  當前,隨著我國經濟的騰飛和大型工程的建設,大體積、高泵程的混凝土施工工程越來越多地擺在面前。混凝土的商品化則對摻高效減水劑混凝土的流動性保持性提出了更高要求。而更多的設計基準期為100年,甚至是300年的混凝土工程則對加大礦物摻合料比例、降低水膠比有明確的要求,聚羧酸系減水劑在這樣的背景下,發揮了關鍵作用。

  然而,為更好地從根本上改善混凝土性能,最大限度地節約水泥用量、增加水泥使用效能,為混凝土材料的可持續發展提供更強有力的技術保證,混凝土外加劑不論在品種、產量還是自身環保性方面,都需邁上新的臺階。筆者認為,今后的工作重點在于以下幾個方面:

  1)正確評價木質素磺酸鹽減水劑的技術特性,在實際工程中加強對木質素磺酸鹽減水劑及其復合外加劑特性的再認識,揚長避短,拓展木質素磺酸鹽減水劑的工程應用范圍。

  2)加強聚羧酸系高性能減水劑合成工藝和應用技術的研究,尤其是具有高減水率、高保塑及高減水、高早強兩種聚羧酸系減水劑母體的研究,并探討聚羧酸系減水劑與其他傳統減水劑復合使用的可能性。

  3)繼續研究解決新拌混凝土坍落度損失的控制問題。實際上,對于任何減水型外加劑,摻加后都存在坍落度經時損失的問題。

  4)尋求解決混凝土外加劑與水泥/摻合料的適應性問題的有效措施。混凝士外加劑應用范圍越廣,混凝土外加劑與水泥/摻合料的適應性問題就越突出。必須加強基礎研究,找尋普適性的規律。

  5)針對摻外加劑混凝土耐久性(包括開裂)問題開展系列研究。降低摻減水劑混凝土的收縮開裂問題已成為研究熱點之一。必須建立可信的試驗方法,找尋摻各種減水劑的混凝土的變形與強度發展之間的關系。再者,在減水劑中復合減縮劑或在減水劑分子上接枝減縮基團,都是避免摻外加劑混凝土開裂的有效措施。

  6)無氯、低堿型外加劑的開發研制,以及無害、利廢、清潔化生產技術的研究必須始終貫徹于外加劑發展整個過程中。

  7)關注萘系高效減水劑脫硫渣在混凝土外加劑中的綜合利用問題,進行消化。同時,應進一步研究更多類似的工業固體廢渣和廢液的利用。

  三、萘系高效減水劑的發展趨勢及對今后萘系減水劑產量的預測

  1.混凝土減水劑的品種

  按照標準,混凝土減水劑分為普通減水劑、高效減水劑和高性能減水劑。普通減水劑是指減水率為8%~14%的減水劑,主要指木質素磺酸鹽減水劑;高效減水劑指減水率在14%以上和25%以下的減水劑,包括萘系減水劑、蒽系減水劑、洗油系減水劑、脂肪族減水劑、密胺系減水劑和氨基磺酸減水劑;高性能減水劑則指減水率為25%以上的減水劑,主要指聚羧酸系減水劑。

  在減水劑家族中,高效減水劑約占67%,而在幾種高效減水劑中,以工業萘、蒽油和洗油為原材料的減水劑就占到83.95%,從這一點來看,只要高效減水劑在減水劑家族中所占比例不動搖,萘系減水劑仍大有發展潛力。

  2.近期萘系減水劑的發展

  預測2010年及以后幾年內混凝土外加劑的發展,首先要根據國家有關政策和規劃,分析今后的混凝土需求量及混凝土商品化的增長情況。此外,外加劑的出口也是影響我國減水劑發展的一項潛在因素。

  國內市場。我國4萬億元經濟復蘇的政策,及適度調整貨幣政策,下調存款準備金和存貸款利率,提高部分商品出口退稅、減免房地產交易稅費、降低房貸利率及購房首付比等措施帶動了全行業的快速發展。4萬億元政策中幾乎有80%以上涉及建材業,建材業無疑是措施中受益最大、最直接的行業。據估算,近兩年國家投在基礎設施、民生工程、生態環境和災后重建等方面的資金,每年要超過2萬億元,其中主要是投向鐵路、公路、機場、港口、城市軌道交通和能源等領域。這無疑為外加劑開辟了巨大的市場。另外,2010年國家還鼓勵農村蓋房,提出“建材下鄉”的口號。災后重建任務仍將十分緊迫。

  基于此,單以目前的外加劑應用程度來說,若2010水泥用量比2009年增加1億噸,則萘系減水劑產量將比2009年增加5.6%。考慮到2010年中國散裝水泥使用率將從2009年的49%增加到55%(這樣才能完成“十一五”規劃的目標),這其中,混凝土商品化的貢獻率為4%(尚有砂漿商品化2%的貢獻率),萘系減水劑將有4%的增幅。這樣兩項合計,粗略估算下來,單就國內市場需求來說,萘系減水劑的增量為10%,也就是從2009年的266.4 萬噸增加到2010年的293萬噸。2010年以后,萘系減水劑的需求量仍將以每年10萬~30萬噸的量遞增。

  國外市場。經國務院批準,根據財稅[2009]43號文件《關于提高輕紡電子信息等商品出口退稅率的通知》規定,自2009年4月1日起提高部分商品的出口退稅率。高效減水劑出口退稅率增至13%。

  實際上,根據我國海關總署的統計,2008年我國共出口水泥、灰泥和混凝土添加劑達32.94萬噸,比2007年增長50%,同時出口創匯達1.47 億美元,同比增長72%。出口60多個國家,以亞洲為主,其中阿拉伯聯合酋長國位居第一,沙特阿拉伯位居第二,美國、日本也占有很大比例。在我國外加劑企業中,浙江五龍位居出口排行榜第一,占出口總量的12.62%,出口創匯占總出口收入的25.21%。相對2007年,浙江五龍出口量同比增長 74.2%,出口創匯更是翻了一番。需要說明的是,我國出口外加劑除了部分為木質素磺酸鹽外,其他主要是萘系減水劑。

  根據國家海關總署最新統計的出口數據顯示,截至2009年l2月我國高效減水劑累計出口總量為12.48萬噸,較2008年同期相比減少11.23萬噸,下降了47.36%,實現出口創匯總額為8970.58萬美元,同比減少38.16%,同比下降幅度有所減少。出口量減少的主要原因是中東、東南亞及北美洲、歐洲的經濟危機所致。有資料顯示,2009年年底,金融危機基本探底復蘇,相信2010年出口量會有所增加。筆者暫且按照15萬噸計算,2010 年的萘系減水劑與2009年相比,增幅將在8%左右。也就是說,從2009年的266.4萬噸增加到2010年的287.7萬噸。

  四、萘系高效減水劑生產對工業萘的需求

  1.萘系高效減水劑的生產工藝

  萘系高效減水劑一般是用工業萘為原料生產的。生產工藝為:萘經過磺化、水解、縮合、中和和過濾,最終到液體產品,若進一步噴霧干燥則成為粉狀產品。

  2.萘系減水劑生產對工業萘的需求

  資料顯示,近幾年我國工業萘消費量逐年增長,2000年表觀消費量約為25.4萬噸,2001年,表觀消費量約為29萬噸,2003年表觀消費量增至 41萬噸,我國已成為全球萘的最大消費國,2003年消費量約占到全球總消費量的44%。2005年我國工業萘消費量約為56.15萬噸,2008年我國工業萘消費量約為57.2萬噸。

  按照萘系減水劑的生產工藝,生產1噸減水劑約需要385千克工業萘。筆者預測,2010年將需生產287.7萬噸萘系減水劑,實際需要工業萘110.8萬噸。今后5年內,由于混凝土生產量的增長,萘系減水劑對工業萘的需求仍按5%的比例遞增。

  需要說明的是,在萘源十分緊張的情況下,開發低純度萘和非萘系高效減水劑,擴大高效減水劑的生產原料來源,有著重要意義。根據筆者的研究,還可以采用煤焦化其他副產物蒽油、洗油等為原料,采用與萘系減水劑相似的生產工藝,合成出多環芳香烴磺酸鹽甲醛縮合物,其性能與萘系減水劑相近。
 
 
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