高效又环保 淀粉还能制备减水剂!

近年来，随着我国城市化进程加快，商品混凝土成为用量最大和用途最广的建筑材料。减水剂作为混凝土必不可少的“第五元素”之一，用量也逐年呈递增趋势。

仅2012年，全国减水剂消费总量就超过500万吨,包括萘系减水剂、聚羧酸系减水剂、脂肪族减水剂、氨基磺酸盐减水剂和木质素减水剂等。其中，有90%以上的减水剂是通过石油化工、煤化工制备的工业萘、聚醚、丙酮、苯酚、不饱和酸、硫酸、甲醛等化工原料制成，能源消耗大、碳排放高、适应性差。特别是萘系减水剂，产品中还残余甲醛、杂环等致癌物质，应用在居住建筑物中将产生严重污染，是危害人们生命健康的“隐形杀手”。

“如何让减水剂高效又环保”是北京建工院科技工作者长期思考的问题。在40多年混凝土外加剂研究开发和应用的基础上，北京建工院和北京市功能性高分子建筑材料工程技术研究中心的混凝土外加剂科研项目组另辟蹊径，通过研究减水剂分子结构与功能的构效关系基础理论，在反复对比葡聚糖、半纤维素、纤维素等多种具有长链结构的天然高分子聚醚替代品后，将研究重点放在“淀粉”上。

作为一种天然高分子化合物，淀粉可以说随处可见。玉米、马铃薯、小麦、稻谷等多种物质中都有淀粉的“身影”，可谓是地球上的第二大生物质，仅玉米淀粉每年就有2500万吨的产量，是人类取之不尽的生物资源，具有完全可降解、绿色无污染、价格低廉等优点。

当然，以淀粉为原材料制备减水剂并非首创，国内外部分研发机构之前就有从事相关研究。但由于淀粉是天然产物，品种多，分子结构差异大，即使同品种产地不同，分子量分布也不同，不像化工产品，具有定量明确的分子结构、分子量和反应活性，使得制备中淀粉反应效率低、合成工艺繁琐、性能低等问题凸显，难以形成市场化产品。

“科技成果只有走出试验室，才能成为第一生产力。”北京建工院将淀粉基减水剂的产业化作为攻关要点，从淀粉改性技术创新和工艺制备技术创新出发，通过制备磺化剂和催化剂，将淀粉分子链进行定量分割，并接枝强极性亲水基团和功能链，彻底改变淀粉分子结构。

同时，该院还在优化减水剂制备工艺上进行大胆创新和优化，首次将塑料、尼龙等生产中常用的工艺——双螺杆反应挤出工艺引入减水剂制备过程，极大地提高干物料混合效果和温度控制稳定性，实现连续化操作，提高生产效率；并利用微波辐射的特殊热效应代替传统反应釜加热，提高淀粉反应效率，使生物质高效减水剂从理想走向实际。

通过这种工艺制备出的淀粉基生物质高效减水剂对水泥颗粒的分散性能好，减水率高，0.5%的掺量就可达到35%的减水效果；碱含量低，可大大降低混凝土碱骨料反应的危害程度；成本价格低，仅为聚羧酸系减水剂的50%、萘系减水剂的90%，且可与萘系减水剂、聚羧酸系减水剂复配使用，协同增效作用明显，对各种砂石料质量、砂含泥量适应性很强。

搅拌出的混凝土流动性、和易性、可泵性好，保塌时间长，对温度不敏感，即使在南方夏季高温时节也可正常使用，能对我国建筑环保性能、耐久性能和节能性能提升起到积极推动作用。

值得一提的是，该减水剂在生产过程中，不使用有毒化学原料和溶剂，不产生废气、废渣和废水，对环境友好无污染，特别适合在居民住宅工程中使用。再者，以淀粉为原料，也就使减水剂摆脱了对石油化工资源的过度依赖，减少碳排放和环境污染。假设以年产50万吨减水剂计算，每年就可节省近15万吨石油资源，人类环境中也可减少约20万吨工业萘和18万吨甲醛，符合生态文明社会对建筑材料发展的基本要求。

目前，该生物质高效减水剂及制备工艺已通过由北京市科委组织的专家组评审，成果达国际领先水平。相关成果也已实现工业化生产，产品在北京、河南、湖南等多家商混搅拌站及南方个别城市的地铁工程中得到实际应用，经济效益和社会效益显著，市场反馈良好。

据介绍，北京建工院未来还将从分子结构的角度深入研究生物质减水剂的减水特性和吸附性能，进一步开发出不同种类淀粉的减水剂，如木薯淀粉、红薯淀粉，避免与人类“抢粮食”，并对生物质减水剂的复配技术进行完善，扩展其应用范围，让绿色科技影响并改变我们生活的空间，为支持建筑行业发展、构建资源节约型和环境友好型社会作出新的贡献。

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