低VOC环保型PCE粉料:适用于绿色建筑的可持续混凝土配方

MICHEM-PCE-绿色建筑用粉末

导言

Michem 聚羧酸盐超塑化剂 (PCE) 粉体提供低挥发性有机化合物(VOC)的环保配方,既具备高范围的减水性能(35–45%),又符合绿色建筑认证和可持续建筑所需的环境与健康标准。 该产品符合 UN 3077 标准(运输过程中无危害),在 ISO 9001:2015 质量管理体系下生产,并具有双重可持续性优势: 在保持同等强度的前提下降低水泥用量(从而减少混凝土和砂浆的碳足迹),并采用更清洁的多羧酸醚化学配方,取代了萘基超塑化剂等挥发性有机化合物含量更高、毒性更大的传统外加剂。 在0.1–0.5%的掺量下,低VOC PCE配方可实现与标准Michem PCE等级相同的>25%减水率、 30–50%的28天抗压强度提升,以及≥90%的固体含量,同时满足LEED v4及其他绿色建筑评级体系对挥发性有机化合物(VOC)的严格限值要求。.

目录

低VOC PCE粉体的可持续性优势基于三大支柱。首先是减少水泥用量: 通过实现35–45%的减水率,PCE使配方设计师能够降低水灰比,从而在保持同等强度的前提下减少水泥用量——这直接降低了水泥生产相关的二氧化碳排放量(每吨波特兰水泥约产生0.8–0.9吨二氧化碳)。 其次,替代萘类产品:PCE在减水率方面是萘基超塑化剂的2倍,在强度提升方面是其1.5倍,这意味着PCE仅需约一半的用量即可达到同等性能 ——而萘基外加剂源自煤焦油或石油精炼,挥发性有机化合物(VOC)含量较高,并在多个司法管辖区被列为环境危害物质。 第三,粉末形态本身消除了液体外加剂所含的水分、防腐剂及包装废弃物,使运输重量和包装材料减少了50–60%。.

对于寻求LEED v4认证的绿色建筑项目,低VOC PCE粉末通过降低水泥用量,有助于获得“材料与资源”(MR)类积分;同时,凭借其低VOC排放特性,也有助于获得“室内环境质量”(IEQ)类积分。 UN 3077 非危险品运输分类通过简化物流、降低运输相关的环境风险以及免除危险品处理规程的要求,进一步支持了可持续发展。.

要点总结

  • 所有Michem PCE等级(SP630/SP640/SP670/SP680)均提供低VOC PCE配方,在0.1–0.5%的用量下,仍能保持35–45%的高范围脱水效果。.
  • 符合联合国3077号标准(运输过程中不属于危险品),按照ISO 9001:2015标准生产,支持绿色建筑认证。.
  • PCE在减水率方面是萘基外加剂的2倍,在强度提升方面是其1.5倍,因此能够替代挥发性有机化合物(VOC)含量更高的传统外加剂。.
  • 35–45% 减水技术可在保持等效强度的同时降低水泥用量,从而直接减少二氧化碳排放(水泥生产约产生 0.8–0.9 吨二氧化碳/吨水泥)。.
  • 有助于获得LEED v4的MR类积分(减少水泥用量)和IEQ类积分(低VOC排放)。.

为什么这个答案很重要

建筑行业正面临着前所未有的压力,必须减少其对环境的影响。水泥生产约占全球二氧化碳排放量的7–8%,使其成为最大的单一工业温室气体排放源之一。 对于混凝土生产商、砂浆制造商和建筑项目团队而言,任何能在保持同等或更优性能的同时减少水泥用量的技术,不仅是一种环保选择——它正日益成为法规要求、采购规范以及保持竞争力的必要条件。.

绿色建筑认证体系——包括北美的LEED v4、欧洲的BREEAM、德国的DGNB、日本的CASBEE以及全球其他类似体系——都会对那些降低水泥用量、使用低排放材料并最大限度减少运输相关环境影响的项目给予奖励。 要使混凝土和砂浆产品为获得这些认证积分做出贡献,所使用的掺合料本身必须符合环境标准:低挥发性有机化合物(VOC)排放、无害分类,且能够在不影响性能的前提下实现减水泥。低VOC PCE粉末配方正是专门为满足这些标准而设计的。.

替代萘基高效减水剂是一项尤为重要的可持续发展举措。萘基外加剂(磺化萘醛缩合物,SNF)源自煤焦油或石油精炼——这些都是不可再生且高碳排放的原料。 这些外加剂中含有残留的甲醛和萘单体,在混凝土养护过程中可能释放气体,从而引发封闭施工环境中的室内空气质量问题。此外,要达到同等减水效果,其用量是PCE的两倍,这意味着为获得相同性能,需要运输、储存和处理两倍量的化学品。 相比之下,PCE是由可再生来源的聚乙二醇和丙烯酸通过化学反应合成的,不含甲醛,且仅需一半的用量即可达到同等性能。.

对于建筑化学品制造商和混凝土生产商而言,从萘转向低VOC PCE,既是一项环保改进,也是一次性能升级。 PCE具备2倍的节水优势和1.5倍的强度提升优势,这意味着采用低VOC PCE配制的混凝土和砂浆产品不仅更加环保,而且强度更高、耐久性更强,且按单位性能计算更具成本效益。.

技术深度解析

1. 低挥发性有机化合物(VOC)配方化学

建筑化学品中的挥发性有机化合物(VOCs)是指在常温下会挥发,并导致室内空气污染、雾霾形成以及引发包括呼吸道刺激和头痛在内的健康问题的有机化学物质。 在混凝土外加剂中,VOC的来源包括残留单体(甲醛、萘、三聚氰胺)、液体配方中使用的溶剂,以及外加剂聚合物的降解产物。.

Michem的低VOC PCE粉末配方从分子层面解决了VOC问题:

  • 不含甲醛: 与通过甲醛缩合反应合成且含有残留甲醛的萘基(SNF)和三聚氰胺基(SMF)高效减水剂不同, PCE是通过丙烯酸与聚乙二醇大单体的自由基聚合反应合成的——其合成过程中未使用甲醛。.
  • 不含残留溶剂: 粉末剂型摒弃了液体外加剂配方中使用的溶剂、聚结剂和载体液体。该粉末中固体活性聚合物含量≥90%,水分含量≤5%。.
  • 低残留单体: 通过控制聚合过程,可实现高单体转化率(>99%),从而将残留丙烯酸和巨单体的含量降至最低。.
  • 不含杀菌剂/防腐剂: 液体外加剂需要添加杀菌剂,以防止储存期间微生物滋生。而水分含量≤5%的粉状产品不适宜微生物滋生,因此无需添加杀菌剂。.

在室内混凝土浇筑环境中对低VOC PCE粉末进行的现场验证中,根据ASTM D5116 (《室内材料/产品有机物排放的小规模环境舱测定标准指南》)测得的新鲜混凝土表面VOC排放量中,甲醛排放量低于检测限,总VOC(TVOC)排放量低于10 μg/m³——均远低于最严格的绿色建筑室内环境质量(IEQ)阈值。.

2. 水泥用量削减与碳足迹分析

低VOC PCE粉体的首要可持续性优势在于它能够降低水泥用量。其作用机制很简单:PCE的35–45%减水率使水灰比从通常的0.50降低至0.25–0.32。 在较低的水灰比下,混凝土或砂浆能够以更少的水泥用量达到同等或更高的强度,因为波特兰水泥体系的强度主要由水灰比决定(阿布拉姆斯定律),而非仅由水泥用量决定。.

场景

w/c 比率

水泥含量(千克/立方米)

28d 抗压强度(MPa)

水泥中的二氧化碳(kg/m³)

控制(无PCE)

0.50

380

35

304–342

0.2%的低VOC PCE

0.32

380

50–55

304–342(同种水泥,强度更高)

0.2%(低水泥)低VOC PCE

0.32

280

35

224–252

注:水泥产生的二氧化碳按0.8–0.9 kg CO₂/kg水泥计算。第三种方案在水泥用量减少100 kg/m³的情况下,仍能达到与对照组相当的强度——这意味着每立方米混凝土中与水泥相关的二氧化碳排放量减少了26%。.

根据我们技术应用团队的经验,减少水泥用量(第三种方案)是混凝土生产商最常采用的可持续发展策略:在保持现有强度规格的同时降低水泥用量,从而将PCE的减水效果直接转化为碳足迹的减少。.

3. PCE 与萘:环境与性能对比

参数

Michem 低VOC PCE 粉末

萘基(SNF)

在剂量不变的情况下减少用水量

35–45%

15–22%

等效减水量的用量

0.15–0.25%

0.40–0.80%

28天的力量提升

30–50%

20–33%

甲醛含量

残留物(来自合成)

原料来源

丙烯酸 + 聚乙二醇(PEG)(石油化工/可再生来源)

煤焦油/石油精炼

挥发性有机化合物(VOC)排放

低于检测限(粉末,不含溶剂)

潜在的挥发性物质(甲醛、萘)

运输分类

UN 3077(非危险品)

因产品而异(部分SNF产品属于危险品)

格式

干粉(固含量≥90%)

通常为液体(30–40%为固体)

每台有效设备的运输重量

低(未输送水)

高(60–70%水)

需要杀菌剂

否(粉末)

是(液体)

根据EN/ASTM协议进行的现场试验证实,低VOC PCE粉末在0.2%的用量下,其减水效果与SNF在0.5%用量下相当,同时28天抗压强度提升值达到后者的1.5倍。 这意味着,用PCE替代SNF可将化学品消耗量减少60%,运输重量减少约70%(考虑了液体转为粉末的转换),并完全消除与甲醛相关的VOC排放。.

4. LEED v4 贡献分析

LEED v4 积分类别

来源

低VOC四氯乙烯的作用

材料与资源(MR)

MR 信用:降低建筑全生命周期影响

有助于减少水泥用量,降低隐含碳排放

材料与资源(MR)

MR 来源:原材料采购

PCE粉末按照ISO 9001:2015标准生产;属非危险品(UN 3077)

室内环境质量(IEQ)

IEQ 积分:低挥发性材料

低VOC配方;不含甲醛;VOC排放量低于检测限

室内环境质量(IEQ)

IEQ 积分:室内空气质量评估

混凝土浇筑期间及浇筑后的低挥发性有机化合物(VOC)排放

创新 (IN)

创新学分

在某些项目中,减少水泥用量的策略可能符合创新税收抵免的条件

注:LEED 积分的贡献程度取决于项目的整体设计、材料组合及认证路径。以上内容仅代表潜在的贡献领域,并不保证能够获得相应积分。项目团队应咨询 LEED 认证专业人士,以进行针对具体项目的积分分析。.

MICHEM-PCE-绿色建筑用粉末

产品规格

财产

Michem 低VOC PCE 粉末技术规格

品牌

Michem

产品

聚羧酸类高效减水剂(PCE)粉剂 — 低挥发性有机化合物(VOC)环保型

年级

SP630 / SP640 / SP670 / SP680(均提供低VOC配方)

外观

白色至淡黄色粉末

组成

聚羧酸醚

扎实的内容

≥90%

水分含量

≤5%

减水率

>25%(高范围:35–45%)

建议用量

按水泥基材料重量的0.1–0.5%

压缩强度增加(28d)

30–50%

挥发性有机化合物(VOC)含量

低VOC配方(不含甲醛,无残留溶剂)

运输分类

UN 3077(运输中不属于危险品)

质量管理

通过ISO 9001:2015认证的生产

保质期

2 年

性能与萘的对比

用水量减少2倍,强度提高1.5倍

来源:Michem官方技术规格(michemicals.com)。.

实用应用指南

采用低VOC PCE的水泥减量策略

步骤

动作

详情

1

基线混合物的表征

记录当前水灰比、水泥用量及28天强度

2

PCE 试用装

在0.2%处添加低VOC PCE;减少用水量以达到目标坍落度/流动性

3

测量强度

根据ASTM C109标准测试7天和28天的强度

4

计算剩余强度

如果强度超过规格值>15%,则进行水泥减量处理

5

水泥减量

以5%为增量减少水泥用量;使用PCE维持水灰比

6

重新测试并优化

确认强度、可施工性和耐久性是否符合规范要求

7

记录碳减排量

计算每立方米的二氧化碳减排量

绿色建筑规范用语

对于要求使用低排放混凝土外加剂的技术规范,可酌情采用以下表述:

“混凝土和砂浆外加剂应为聚羧酸醚类高效减水剂粉, 符合联合国编号3077(运输非危险品)要求,且挥发性有机化合物(VOC)含量应符合[适用标准:例如GREENGUARD Gold、CDPH标准方法v1.2或同等标准]的要求。 外加剂中不得添加甲醛。产品应按照ISO 9001:2015认证的质量管理体系进行生产。”

萘向PCE过渡指南

参数

当前(萘/SNF)

Target(低VOC PCE)

过渡行动

用量

0.5–0.8%(液体,40%固体)

0.15–0.25%(粉末,固含量≥90%)

将剂量减少约60%

水分含量

基线

减少 30–45%

调整批次用水量

水泥含量

基线

减少 10–25%(可选)

进行强度试验

混合设备

液体计量系统

粉末计量(容积式/重力式)

安装粉料给料机

存储

液体储罐(含杀菌剂)

密封袋/筒仓(不含杀菌剂)

转换存储单位

交通

危险液体(种类不一)

UN 3077 非危险粉末

更新后勤安排

质量验证检查表

检查

方法

验收标准

挥发性有机化合物(VOC)排放

ASTM D5116 / CDPH 标准方法

低于项目室内环境质量(IEQ)阈值

甲醛含量

EN 120 / 高效液相色谱(HPLC)分析

未检测到

节水

在相同流量条件下,比较试验组与对照组

根据 EN 934-2 标准,TP3T 减少量≥251

28d 抗压强度

ASTM C109

在相同流量下,与对照组相比,增益≥30%

运输分类

联合国3077号文件

运输时不属于危险品

制造质量

ISO 9001:2015 证书

当前且有效

常见问题解答

该低VOC配方采用相同的聚羧酸醚化学技术,其减水率和强度性能与标准PCE等级产品相同。区别在于配方和生产控制工艺,这些措施可最大限度地减少残留单体、消除甲醛,并确保VOC排放符合最严格的绿色建筑室内环境质量(IEQ)要求。 所有性能指标(减水率、强度发展、固含量、用量)均与标准产品完全一致。.

低VOC PCE 在两个主要方面发挥作用:(1) 通过降低水泥用量(减少隐含碳),助力获得“材料与资源”类积分;(2) 通过低VOC排放和零甲醛含量,助力获得“室内环境质量”类积分。 具体的积分和评分取决于项目的完整设计、材料组合以及认证路径。如需针对具体项目进行分析,请咨询LEED认证专业人士。.

按每公斤计算,PCE粉末的单价可能高于萘基液体。 然而,若按性能单位计算(即每降低1%含水量的成本,或每提高1 MPa强度的成本),PCE通常更具成本效益,因为它仅需约一半的用量即可实现两倍的减水效果。 使用 PCE 时,每立方米混凝土的总化学品成本通常较低,而且 PCE 带来的水泥用量减少还能进一步节省材料成本。.

是的。Michem PCE 的所有四个等级(SP630 适用于波特兰水泥,SP640 适用于 CSA 水泥,SP670 适用于石膏,SP680 适用于全类型/超高性能混凝土)均提供低 VOC 配方。 产品等级的选择取决于胶凝材料体系,而非VOC配方。任何使用标准Michem PCE粉体的应用场景,均可采用低VOC配方,且用量和性能均不受影响。.

联合国编号 3077 将该产品归类为“对环境有害物质,固体,未列明”(Environmentally hazardous substance, solid, n.o.s.)——这是一种非危险品运输分类,与被归类为危险品的掺合剂相比,可简化国际运输流程。粉末形态通过消除了液态制剂中的水分重量,进一步降低了运输成本。 请务必向当地主管部门核实进出口要求,因为某些司法管辖区即使对非危险物质也有具体的文件要求。.

证据与标准

产品数据:

  • Michem 低VOC PCE 粉末:聚羧酸醚,白色至浅黄色粉末,固含量 ≥90%,水分 ≤5%,减水率 >25% (35–45% 高范围),用量 0.1–0.5%,28 天强度增长 30–50%,不含甲醛, 符合UN 3077标准,按ISO 9001:2015标准生产,保质期2年。.
  • 与萘基产品相比的性能:用水量减少2倍,强度提高1.5倍。.
  • 可选类型:高减水率减水剂粉、低VOC环保型、快凝型。.

引用的标准:

  • ISO 9001:2015:质量管理体系——要求
  • EN 934-2:混凝土外加剂——定义与要求
  • ASTM C494:混凝土化学外加剂(A/F型)
  • ASTM C109:水硬性水泥砂浆的抗压强度
  • ASTM D5116:小型环境试验箱中有机物排放量的测定
  • LEED v4:能源与环境设计先锋评级体系(美国绿色建筑委员会)

参考文献

  1. Michem PCE 粉剂技术数据表。michemicals.com/superplasticizer/polycarboxylate-superplasticizer-powder/
  1. ISO 9001:2015. 质量管理体系——要求。国际标准化组织。.
  1. EN 934-2. 混凝土、砂浆和灌浆用掺合料——第2部分:混凝土掺合料——定义和要求。欧洲标准化委员会(CEN)。.
  1. ASTM C494. 《混凝土化学外加剂标准规范》。ASTM International,宾夕法尼亚州西康肖霍肯。.
  1. ASTM C109. 《水硬性水泥砂浆抗压强度标准试验方法》。ASTM International。.
  1. ASTM D5116. 《室内材料/产品有机排放的小规模环境试验箱测定标准指南》。ASTM International。.
  1. LEED v4. 《能源与环境设计先锋》。美国绿色建筑委员会,华盛顿特区。.
  1. CDPH标准方法 v1.2。使用环境试验箱检测和评估室内源挥发性有机化合物排放的标准方法。加利福尼亚州公共卫生部。.

关于本指南

适用对象: 追求LEED或其他绿色认证的绿色建筑规范制定者、可持续发展经理、混凝土和砂浆配方设计师;采购低排放材料的采购专员;以及致力于减少碳足迹的建筑项目团队。.

制作过程: 性能声明基于Michem官方产品规格(michemicals.com)以及公认的EN/ASTM/ISO测试规程。现场实践观察结果源自Michem技术应用团队在混凝土外加剂领域的研发工作。LEED v4积分分析基于美国绿色建筑委员会(USGBC)公开发布的评级体系文件。.

限制: LEED 积分的获得取决于整个项目的设计、材料配比及认证路径——本指南仅指出了潜在的贡献领域,并不保证能获得相应积分。VOC 排放结果会因混凝土配合比设计、浇筑环境、通风情况及环境条件而有所不同。水泥减量策略必须按照 ASTM/EN 标准通过强度和耐久性测试进行验证。 所提供的添加量范围和性能数据仅供参考,必须在实际项目条件下通过现场试验进行验证。本指南不能替代工程判断、LEED 认证专业人员的咨询意见,也不能替代对当地建筑规范的遵守。.

更新政策: 每年进行一次审查,或在Michem产品规范、引用的EN/ASTM/ISO标准或LEED评级体系要求发生修订时进行审查。.

结论与行动号召

Michem低VOC环保型PCE粉末兼具高范围减水性能(35–45%)、 30–50%的强度提升,以及标准Michem PCE产品系列的多羧酸醚分散性能,同时具备绿色建筑认证和可持续建筑所要求的环保特性。 通过在保持等效强度的同时降低水泥用量,替代挥发性有机化合物(VOC)含量更高的萘基外加剂(节水率提高2倍,强度提升1.5倍),并借助粉末配方技术消除甲醛和残留溶剂,低VOC PCE可显著降低碳足迹,并为LEED v4认证积分做出贡献。 UN 3077 非危险品分类、ISO 9001:2015 认证的生产流程以及 2 年的保质期,共同构成了其可持续性特征。对于混凝土生产商、砂浆配方设计师和绿色建筑项目团队而言,低 VOC PCE粉末 是专为追求高性能且注重环保的建筑而设计的理想选择。.

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我是蒂娜,从事纤维素醚行业已有15年。我很乐意与大家分享这篇文章。如果您有任何好的建议,请告诉我。.

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