在我国减水剂市场中,聚羧酸系减水剂目前已占85%以上,不仅广泛应用于预拌混凝土,在预制混凝土中也发挥着不可替代的重要作用。今后一段时期内,聚羧酸系减水剂仍将是国内外混凝土外加剂研究开发者普遍重视的研究对象。

而在聚羧酸系减水剂的研究队伍中,有一位“能文能武”的杰出青年,项浩桐,说他能武是因为他立足实践,研发专利,所研发的专利为建筑和化工行业都带来了深刻的影响,说他能文是因为在工作之余,他酷爱读书,注重实践的同时还专研科学理论,发表了自己的学术论文《高效聚羧酸减水剂在混凝土的应用及未来发展趋势》,用理论指导实践,用实践验证理论!

混凝土常见的破坏因素主要有:钢筋锈蚀、冻融循环作用、淡水溶蚀、碳酸盐化作用、盐类侵蚀、酸碱腐蚀以及磨损、冲击等机械作用。如何有效控制混凝土的破坏因素是解决混凝土耐久性的重要措施,混凝土制备的技术以及影响因素很多,并且各种高性能减水剂以及矿物细掺料作为混凝土基础材料,进一步增加了混凝土耐久性影响因素的复杂性。在配合比方面,水泥混凝土的水灰比、水泥用量和砂率等配合比不良都会对混凝土的耐久性造成影响,比如水灰配合比不能过大也不能过小,过大或者过小都会对混凝土的耐久性造成影响。

项浩桐在论文中清楚全面地论述了高效减水剂在建筑行业的应用与贡献,高效减水剂处于化学外加剂技术的中心,它们能够改善建筑材料尤其是混凝土的可用性,这通常会带来巨大的成本节约;而且高效减水剂产量巨大,仅就聚羧酸系高效减水剂而言,目前全球产量已远远超过每年1000万吨,不断有新的生产商凭借基于现有技术或根据当地需求定制的新产品进入市场。

项浩桐对聚羧酸系减水剂的研究细致入微,从减水剂的出现产生再到它的每一代更新,项浩桐都了如指掌,聚羧酸系减水剂是目前出现的第三代减水剂,以其掺量较低、减水率高、增强效果好、对混凝土收缩率增加的量较少、生产过程中不使用甲醛等对生物有害的原料、可灵活设计的分子结构,因而有希望合成出具有如缓释保坍、降黏、低引气等不同功能的减水剂产品,也因此受到混凝土外加剂研究、生产和应用者的亲睐。

“当前,不仅自密实混凝土,高强和超高强混凝土,高性能和超高性能混凝土等需要低水胶比和超低水胶比的特种混凝土依赖聚羧酸系减水剂,普通混凝土也离不开聚羧酸系减水剂。”项浩桐指出,我国聚羧酸系减水剂的发展经历了初次接触、进口试应用、自行研制和试生产、产品标准化和应用规范化、大力推广、大规模生产和应用等六个阶段。由于聚羧酸系减水剂至今并不能完美地满足混凝土工程提出的各种新要求和解决混凝土原材料面临的各种新问题,所以对聚羧酸系减水剂的研究工作不能松懈,也不能停止。

“如今,混凝土行业缺乏纯砂是一个普遍存在的困扰,所以必须解决粘土污染物的问题,这严重阻碍了聚羟酸减水剂聚合物的有效性。”尽管进行了许多尝试,包括新型乙烯基共聚物,例如基于乙酸乙烯酯-共硫氰酸酯或聚天冬氨酸的共聚物,但在这一领域尚未取得重大突破。毫无疑问,制料过程中的粘土污染问题只会在未来几年中恶化,因为优质砂沉积越来越少。使用增加的聚羟酸减水剂剂量,如果可以开发,这些新产品可能会从当前的聚羟酸减水剂产品组合中占据重要的市场份额。

随着社会的发展,人们对混凝土材料的节资、利废、节能、减排和低碳提出更高要求。同时,聚羧酸系减水剂的生产与应用对混凝土行业减排和低碳作出的重大贡献也受到业内人士的认可。

我国作为全球最大的水泥生产地区,水泥工业节能减排的任务在近年已到了刻不容缓的境地,项浩桐的研究无疑是为水泥工业的节能减排提供了科学系统的指导方向。聚羧酸系减水剂制备产生的碳排放量较低,相对于其在混凝土中的有效应用对混凝土所产生的减排效应来说,甚至可以忽略不计,每吨硅酸盐水泥从原材料开采一路到产品粉磨,大约产生0.85吨二氧化碳。

项浩桐一再强调低碳环保是未来行业发展的方向,为降低水泥工业的能耗,减少碳排放,项浩桐潜心研究水泥混合材使用及助磨剂的使用。他总结经验发现混凝土能耗和碳排放还取决于单位立方米混凝土中水泥的用量,以及水泥的强度贡献率。在这种需求情况下,混凝土掺和料和混凝土减水剂的重要作用不容忽视。

由各种固废直接或略微加工后形成的矿物掺合料,对聚羧酸系减水剂的分散作用有着举足轻重的影响。新型高效减水剂的研发迫在眉睫,可以预计,在未来,这个问题将导致每立方米混凝土的高效减水剂成本更高,这可能是因为将使用增加的聚羟酸减水剂剂量,也可能是因为更复杂,因此如果可以开发,将混合更昂贵的新型耐粘土高效减水剂。一旦上市,这些新产品可能会从当前的聚羟酸减水剂产品组合中占据重要的市场份额。

近日,权威期刊《砖瓦中国》发表了项浩桐的论文《高效聚羧酸减水剂在混凝土的应用及未来发展趋势》,《砖瓦中国》由中国砖瓦工业协会和建材工业技术研究所共同主办,属于业内风向标,《砖瓦中国》杂志对项浩桐论文的发布,毫无疑问体现出了业内专业人士对项浩桐的认可。

理论的科学性和可行性需要有实践的证明,项浩桐所研发的专利反应釜预拌装装置,为他关于聚羧酸系减水剂的研究提供了实践的可能。他的专利在实验理论的同时斩获了中国科创协会颁布的全国专利著作创新奖一等奖,该奖项是我国专利领域的最高获奖荣誉,素有“中国诺贝尔”的称号。项浩桐本人也成功受邀加入中国科创协会,成为其中一员,中国科创协会是经官方批准注册的非营利性社会组织,由于其入会标准的高难度和审核流程的复杂严苛,所以能成功进入该协会的全国不到百人,这又进一步证明了项浩桐出类拔萃的个人能力。

“在设计新型高效减水剂时,可以考虑在聚合物结构中引入酸性基团而不是羧酸基团。此外,可以通过引入其他亲水单元,特别是那些具有分支结构的亲水单元来改性聚环氧乙烷链,从而降低聚合物溶液的粘度,这样才能在日趋激烈的建筑行业中,起到最大的作用。”项浩桐为研发新型高效减水剂提出了自己的见解,他本人也表示,将继续潜心研究,一步一脚印,为建筑节能增效助力!