田培:我所經(jīng)歷的混凝土外加劑研發(fā)歷程
中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)混凝土外加劑分會(huì)自1986年10月22~23日在江蘇常州召開成立大會(huì)以來,至今已經(jīng)有30年了。這30年間,中國(guó)的混凝土外加劑行業(yè)經(jīng)歷了成長(zhǎng)、發(fā)展和壯大。目前,我國(guó)外加劑產(chǎn)量已達(dá)世界之最,且品種齊全,應(yīng)用廣泛,我們可以自豪地說:中國(guó)是當(dāng)今世界外加劑研究、生產(chǎn)和應(yīng)用的大國(guó),列世界各國(guó)之首。而中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)混凝土外加劑分會(huì),在推動(dòng)混凝土外加劑生產(chǎn)發(fā)展過程中發(fā)揮了巨大的作用!
我本人是上世紀(jì)70年代初就開始從事混凝土外加劑的研究,并在外加劑協(xié)會(huì)籌備成立時(shí)做了一些工作,協(xié)會(huì)成立后,又長(zhǎng)期負(fù)責(zé)協(xié)會(huì)的相關(guān)工作,對(duì)我國(guó)混凝土外加劑的研發(fā)及協(xié)會(huì)工作許多都是親身經(jīng)歷或親眼目睹的。值協(xié)會(huì)成立30年之際,協(xié)會(huì)秘書處約我寫篇文章,談協(xié)會(huì)所經(jīng)歷的30年。由于這30年所經(jīng)歷事情實(shí)在太多,在這里我只想寫一些自己在工作中感受較深而難忘的事,以此慶賀外加劑協(xié)會(huì)輝煌的30年歷程。
回憶往事,歷歷在目。我于1962年到建材研究院參加工作,當(dāng)時(shí)主要是從事水泥新品種的研究?!拔幕蟾锩焙笃谖冶幌路诺健拔迤摺备尚?,1971年初回院,重拾研究工作。記得有一天下午,室主任拿著一個(gè)樣品走進(jìn)我們的辦公室,很認(rèn)真地對(duì)項(xiàng)目組同事說:“這是一個(gè)設(shè)計(jì)單位送來的樣品,加入混凝土中可以提高混凝土的密實(shí)性,防止尿素造粒塔混凝土被腐蝕,提高其使用壽命?!鄙鲜兰o(jì)70年代初,由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要,我國(guó)引進(jìn)大量化肥廠,為了解決尿素造粒塔的使用壽命問題,急需這種密實(shí)劑。由于我們剛從科技信息隔絕的干?;貋?,大家拿著樣品反復(fù)觀看,還是不知是什么東西。為了搞清楚這是什么,項(xiàng)目組由此踏入外加劑的研究之路,對(duì)此進(jìn)行探索研究。由此時(shí)起,我就成了外加劑探索研究的一員。要解決眼前的問題,道路只有一條,盡快了解當(dāng)前的國(guó)內(nèi)外情況。通過邊研究邊與建材院技術(shù)情報(bào)所合作,并與當(dāng)時(shí)來華訪問的日本專家近藤連一進(jìn)行座談,較快地掌握了國(guó)外的情況,編譯了“國(guó)外高強(qiáng)混凝土減水劑”一書,并于1975年5月出版發(fā)行?,F(xiàn)在重新翻閱該書,感覺內(nèi)容還是相當(dāng)豐富。該書介紹了美國(guó)的外加劑品種和混凝土減水劑—普蜀里,日本研制的水泥分散劑—B-萘磺酸甲醛縮合物,西德研制的三聚氰胺外加劑,對(duì)剛踏上混凝土外加劑研究之路的研究人員來說,還是很有指導(dǎo)意義的。
上世紀(jì)70年代初,國(guó)內(nèi)許多單位開展混凝土外加劑的研究,當(dāng)時(shí)的開發(fā)研究還是有一些特點(diǎn)的:
一、當(dāng)時(shí)研究單位與高校、生產(chǎn)廠的研究基本上是開放的,相互之間可以無保留地進(jìn)行交流。例如,萘系減水劑是日本服部建一發(fā)明的,但其生產(chǎn)工藝與NNO基本上是相近的,主要是改變了萘與甲醛摩爾比,為了盡快研究萘系減水劑,我們當(dāng)時(shí)可以去助劑廠學(xué)習(xí),掌握NNO的生產(chǎn)工藝,廠里可以將生產(chǎn)技術(shù)教會(huì)你。
二、針對(duì)不同的研究課題,基本上都是以科研院所單位為主體,由幾個(gè)單位組成課題協(xié)作組。如MF減水劑、建1減水劑、N減水劑、AF減水劑、UNF減水劑、木質(zhì)磺酸鹽減水劑,項(xiàng)目研究進(jìn)展是相當(dāng)?shù)目?。?dāng)時(shí)發(fā)表的資料真實(shí)可靠,特別是在外加劑制備方面,你看懂了就可以制備出來。這一點(diǎn)與現(xiàn)在的技術(shù)就是商品、使用它就要付價(jià)的現(xiàn)狀有很大不同。
三、當(dāng)時(shí)技術(shù)管理部門對(duì)于將科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力非常重視,如果生產(chǎn)單位接產(chǎn)新的科技成果,生產(chǎn)單位改建、擴(kuò)建生產(chǎn)線,資金上有困難,科研單位可以向其主管部門申請(qǐng)協(xié)助解決,沒有技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)之說。
四、萘系減水劑開始研究時(shí),按國(guó)外專利,大多數(shù)單位采用精萘為原料,而生產(chǎn)的產(chǎn)品中和后大都是經(jīng)過過濾的高濃產(chǎn)品。但由于當(dāng)時(shí)精萘產(chǎn)量少且價(jià)格較貴,此后許多單位轉(zhuǎn)用工業(yè)萘為原料。后來,又因當(dāng)時(shí)我國(guó)水泥供應(yīng)緊張,大多供應(yīng)的是礦渣水泥,經(jīng)過大量試驗(yàn),用未過濾的產(chǎn)品(現(xiàn)在稱為低濃產(chǎn)品)摻入混凝土還有一定的早強(qiáng)作用,所以后來生產(chǎn)的產(chǎn)品工藝就簡(jiǎn)化了,多為未過濾的低濃產(chǎn)品。目前,只有某些特殊要求(如防止堿骨料反應(yīng),要求低堿或出口的萘系減水劑)才用高濃的萘系減水劑。
五、上世紀(jì)70年代,當(dāng)時(shí)工業(yè)萘供應(yīng)貨源也較緊張,許多單位在研究萘系減水劑過程中都注意到工業(yè)副產(chǎn)品的利用。中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院對(duì)煤焦油中的副產(chǎn)品(如甲基萘、甲基萘油、蒽油等)進(jìn)行開發(fā)利用,并制出相應(yīng)的高效減水劑,如MF減水劑(以甲基萘為原料);建1減水劑(以萘油為原料);AF減水劑(以蒽油為原料):UNF減水劑研究組以U萘(煉焦的副產(chǎn)品)為原料研制相應(yīng)的高效減水劑等。
六、上世紀(jì)70年代我國(guó)基本建設(shè)水泥是計(jì)劃供應(yīng)物資,施工單位把節(jié)約水泥放在重要位置,使用了外加劑可大幅度提高混凝土強(qiáng)度,節(jié)約水泥,完成更多工程量。因此,外加劑的推廣使用,深受施工單位歡迎,但對(duì)混凝土的單價(jià)方面問題,要協(xié)助施工單位進(jìn)行解決。
七、萘系減水劑初期產(chǎn)品干燥多以蒸汽為熱源,經(jīng)過熱交換進(jìn)行干燥,干燥效率低,能耗消耗多。后來,經(jīng)有關(guān)單位研究采用熱風(fēng)經(jīng)除塵直接進(jìn)行噴霧干燥,從而大幅度地提高了干燥效率,降低了能耗。再后來,又采用熱風(fēng)進(jìn)行離心干燥,這兩種干熱方式(噴霧和離心)目前仍用于外加劑生產(chǎn)企業(yè)。
八、剛開始研究和生產(chǎn)時(shí),外加劑企業(yè)合成減水劑所用的設(shè)備反應(yīng)釜的容積都很小,大多是1000~2000升,3000~5000升的很少,更談不上半自動(dòng)、全自動(dòng)的生產(chǎn)線?,F(xiàn)在合成的外加劑生產(chǎn)線半自動(dòng)、全自動(dòng)的已經(jīng)較多,特別是一些大型企業(yè),自動(dòng)化生產(chǎn)線的水平是相當(dāng)高的,反應(yīng)釜的容積也很大,如大的反應(yīng)釜達(dá)10000~20000升,甚至有50000升或更大的。我還記得1989年,混凝土外加劑協(xié)會(huì)受國(guó)外同行協(xié)會(huì)的邀請(qǐng),到其國(guó)家參觀訪問。在研發(fā)初期,我們是非??释姷剿麄兊纳a(chǎn)線的。但我們代表團(tuán)只能在其車間外轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),或安排到非外加劑廠去參觀,這使我們感覺有點(diǎn)失望?,F(xiàn)在我們可以說,經(jīng)過外加劑行業(yè)同事的努力,我們今天有了先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線。在這里,我想順便說一下,我國(guó)萘系減水劑生產(chǎn)配料大多采用高酸、高甲醛,采用這樣的配方,對(duì)環(huán)境影響較大。隨著我國(guó)生產(chǎn)設(shè)備的大型化,產(chǎn)能也有所富余,在這種情況下,適當(dāng)降低酸和甲醛的用量,改變某些工藝參數(shù),可減少對(duì)環(huán)境的污染,同樣可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品,萘系減水劑生產(chǎn)廠可以自行嘗試著做一下。
九、萘系劑產(chǎn)量由初期幾萬噸逐漸發(fā)展到幾百萬噸產(chǎn)品時(shí),工業(yè)萘的供應(yīng)也日趨緊張,供不應(yīng)求,最貴時(shí)達(dá)到每噸1萬多元,嚴(yán)重影響到萘系減水劑的生產(chǎn)和應(yīng)用。上世紀(jì)末,出現(xiàn)了聚羧酸系減水劑,由于聚羧酸系減水劑性能方面的特點(diǎn)顯著,得到了快速發(fā)展。2013年,聚羧酸系減水劑產(chǎn)量達(dá)到近500萬噸(以20%濃度計(jì)),從而減輕了減水劑對(duì)萘的需求,使萘價(jià)回落到正常價(jià)位,萘系減水劑得以正常生產(chǎn)和應(yīng)用。
本世紀(jì)初,聚羧酸系高性能減水劑其發(fā)展速度很快,性能上又有許多優(yōu)點(diǎn),是不是聚羧酸系高性能減水劑會(huì)很快取代萘系高效減水劑,萘系高效減水劑將不復(fù)存在了呢?對(duì)于這一問題,從我國(guó)外加劑的發(fā)展史就可以明確回答。我國(guó)外加劑較大規(guī)模地應(yīng)用始于上世紀(jì)70年代,當(dāng)時(shí)同時(shí)出現(xiàn)了萘系高效減水劑和密胺系高效減水劑,這兩種高效減水劑在其各自最佳摻量時(shí),在混凝土中的性能基本上是相同的。但是萘系高效減水劑2013年產(chǎn)量達(dá)357.6萬噸,而密胺系減水劑的產(chǎn)量?jī)H0.8萬噸,兩者產(chǎn)量差距非常大。究其原因,萘系高效減水劑與密胺高效減水劑相比,前者的價(jià)格長(zhǎng)期低于后者,且性價(jià)比高,所以萘系高效減水劑得到較快的增長(zhǎng)。密胺高效減水劑由于價(jià)格較貴,僅用于特殊的一些地方,如耐火混凝土、清水混凝土等,所以直到現(xiàn)在產(chǎn)量仍然很少。上世紀(jì)80年代和90年代,出現(xiàn)氨基磺酸鹽減水劑和脂肪族減水劑。它們都有過快速增長(zhǎng)期,氨基磺酸鹽減水劑是處于苯酚價(jià)較便宜的時(shí)期,而脂肪族減水劑快速發(fā)展時(shí)期是處于其原料丙酮價(jià)格較低時(shí)??v觀各種外加劑的發(fā)展和產(chǎn)量,可以說,制約外加劑產(chǎn)品生存和發(fā)展的主要因素首先是其性能要好,次之其性價(jià)比要高,第三是生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境負(fù)面影響要小。這些因素是決定外加劑生產(chǎn)規(guī)模的主要因素。隨著聚羧酸系高性能減水劑應(yīng)用的推廣,萘系高效減水劑對(duì)工業(yè)萘的需求會(huì)有所減少,那種萘系高效減水劑幾乎用掉國(guó)產(chǎn)的所有工業(yè)萘,在產(chǎn)銷不平衡的情況下,工業(yè)萘的價(jià)格不斷上漲,影響萘系減水劑的生產(chǎn)和應(yīng)用的價(jià)格因素將會(huì)有所減弱。當(dāng)前,萘系高效減水劑和聚羧酸系高性能減水劑是我國(guó)使用量最大和使用面最廣的兩種減水劑,哪一種外加劑在今后的應(yīng)用和產(chǎn)量上會(huì)占據(jù)主導(dǎo)位置,將取決于其原料價(jià)格的高低。這兩種原材料價(jià)格的漲落將會(huì)大幅度地影響其產(chǎn)量和應(yīng)用,氨基磺酸鹽減水劑和脂肪族減水劑也是如此。因此,在應(yīng)用上由于聚羧酸系高性能減水劑和萘系高效減水劑都有自己的特性,所以聚羧酸系高性能減水劑和其他各種高效減水劑將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)共存發(fā)展,并在共存發(fā)展中不斷完善和提高其性能。
我國(guó)混凝土外加劑經(jīng)歷了30年的發(fā)展,目前已經(jīng)培養(yǎng)出一支技術(shù)實(shí)力雄厚、富有創(chuàng)新精神的科技隊(duì)伍,且有一批大規(guī)模的自動(dòng)化生產(chǎn)廠,完全有理由可以相信,我國(guó)在今后外加劑的研發(fā)工作中必將走在世界外加劑創(chuàng)新的前列。
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