混凝土聚羧酸高效减水剂的发展现状

靳华蕾 ，宫艳超 ，蒋磊 ，成莞莞

（1.天津渤海职业技术学院，天津 300408;2.中国铁路设计集团有限公司，天津300142）

目前,混凝土搅拌站多数设置在城市的边缘地区，使得混凝土生产与浇筑间存在一段运输距离，会导致混凝土损失，降低其泵送功能。引发同坍落度损失，包括进场材料方面及天气方面。其中，原材料的功能发挥，大部分来源于水泥、粒料级配、减水剂等。添加减水剂，可以使得混凝土有水胶比小、单方用水量少、水泥用量少等优点。其中聚羧酸盐减水剂，减水率高，锁水性能好，可以成为该行业今后发展目标[1,2]。

1 聚羧酸减水剂

1.1 聚羧酸减水剂特点

我们国内的减水剂大体包含3种，即酯类、醚类以及高效能聚醚类。

从分子角度来看，聚羧酸减水剂存在可设计性；从理论来看，其存在无限构造空间。依据实际需求，可设计多种功能的该类分子。现在聚羟酸减水剂中，聚酯型与聚醚型，本质同是大单体，其区另为侧链、主链衔接不同。如果大单体和主链为酯键连接，或大单体自身存在酯键，这就是聚酯型减水剂；如果大单体中仅存在醚键，或者侧链以醚键和主链相连，这种就是聚醚型减水剂[3,4]。

聚羟酸减水剂是聚羧酸系的一个品种，其主要技术指标可参考其化学式如图1所示。

图1 聚羟酸化学结构

其主要技术指标可参考现行规范《混凝土外加剂》（GB8076-2008），聚羧酸类减水剂优点，包括:低添加量却能发挥大分散性能；保坍性好，内坍落度基本无损失；同流动度时，延迟凝结时间较小；化学式自由度大，外加剂生产过程中可变因素复杂，发挥范围广；在合成时，不添加甲醛，几乎产生零污染；能够和其他混凝土外加剂较好相容；这种减水剂，能够用较多工业废渣、粉煤灰代替水泥，起到降低施工成本作用等。

1.2 工作原理

一般减水剂当被水泥粒子吸附时，变成刚性链形态，立体效应无法展现，坍损现象不能解决。聚羧酸系的羟基、磺酸基负离子存在电斥力，试验发现，同掺量时，聚羧酸系的屯电位，不大于萘系的，而分散效果比萘系好。另外，聚羧酸里面的醚键和水分子结合成氢键，构成保护膜，其有分散效果，同时可使水泥粒子稳定[5,6]。依据效应理论来看，侧链长度与分散效果成正比。对于普通的混凝土配合比，长侧链键聚合物没有出现大的减水效果。

聚羧酸系高分子，依托于负离子间电斥力，以及侧链三维效果。从这个角度讲，改变聚合物主链每个官能团间权重、主侧链长度、接支数目，待结构平衡后，便可提高减水率与坍落度的功效。聚羧酸类减水剂，吸附水泥微粒，因为其有醚键，构成相对厚实保护膜，使得水泥稳定。

不同类别减水剂的工作原理不一样，萘系为吸附到水泥微粒表面，使水泥微粒间出现静电力，随后产物覆盖到其表面，会削弱其静电力，而聚羧酸减水剂附着于水泥上，导致水泥粒子间出现更强的空间位阻力，因此拥有更高的减水性能。另外，聚羧酸分子是链状结构，主链上连接有较长的侧链，当水化产物覆盖到水泥颗粒表面时仍能使水泥颗粒间保持分散，所以相对萘系减水剂来说，聚羧酸类能使混凝土有更小坍落度损失，但是，聚羧酸类更加敏感，原材料组分细微变化、原材料质量恶化，都会对其使用效果造成明显影响。

2 国内外研究现状

近年来，聚羧酸盐减水剂逐渐从实验迈向实践，越来越多学者的关注与科研,为该领域的发展提供了诸多参考。如今的聚羧酸系减水剂，是通过控制聚合物中长短侧链的浓度，来控制混凝土拌合物的流动性以及控制流动性损失。但高效减水剂中大多数为萘系。因其在使用时，砼坍落度损失相对快，无法达到相关技术要求，并且，因为复合产品不稳定，对混凝土硬化与耐久性产生了影响。这一弱点，是抑制其发展的关键因素。而氨基磺酸系，具有单环芳烃型结构特征，由于减水率高、坍落度好、施工较便捷，使得与聚羧酸系一起，是各地讨论的焦点。目前我国这二者的研究刚刚开始，会是今后发展的重点方向[7]。

在国外，砼减水剂经历了很长的发展历史。通过烯烃与不饱和羧酸的共聚，日本研发新型减水剂，该类的特点是添加量少、减水效果高、坍落度损耗小等。和前两代相比，它弥补了稳定性差、保坍性差的不足。同时，它能够用来配备高流动性、自密实混凝土，被称为第三代减水剂。随后，西方一些发达国家逐渐转移研制重点，逐步过渡于聚羧酸上[9]。

3 展望

在混凝土施工中，掺入一定量的聚羧酸外加剂，使得承包方在实际工程中，将混凝土的成本减小近20%，有着相对可观的经济效益。作为配制混凝土的减水剂，聚羟酸类作为改善混凝土性能的一关键因素。聚羧酸类的掺入，可以使得坍落度符合规范要求。另外，也使得施工快捷，值得于抗渗混凝土施工时广泛应用。

但是，对于具有其他特殊功能的聚羧酸盐减水剂，例如有抗泥功能的减水剂，这方面的研究还相对比较少。其对水泥的分散性能还不是很理想，在后续研究中，我们可以引入一些新功能基团，以此来提高相应的分散性能。另一方面，比如对于粘土和其的作用原理、抗泥减水剂和粘土的作用机理等等，都亟需更加系统的研究，便可对实际工程提供相应理论基础。