聚羧酸混凝土减水剂的研究现状与发展趋势

董长悦

摘要：聚羧酸减水剂因为自身具备的优势，在我国混凝土制备中得到广泛应用。如今聚羧酸减水剂已经成为混凝土中的重要组成部分，因此，针对聚羧酸减水剂未来发展要给予更多关注。在未来可以将重点放在加强工艺过程优化、加强系列化产品研发等环节中。

关键词：聚羧酸;混凝土;减水剂

减水剂已经成为混凝土中的重要成分，从减水剂中的使用中可以看出属于重要外加剂。随着社会的不断发展，有关减水剂的研究不断深入。木质素磺酸盐减水剂、松香酸钠减水剂、硬脂酸皂减水剂等出现在20世纪30年代这一阶段中，此类减水剂属于第一代减水剂。在二十世纪六十年代，出现第二代减水剂，包括萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂等，此时，随着社会的不断发展，减水剂的性能也得以优化与完善，这也是减水剂在混凝土工程施工中广泛应用的重要原因。聚羧酸系减水剂在20世纪80年代被研发出来，人们将其定为第三代减水剂。聚羧酸系减水剂自身有种众多优势，比如，减水率高、改善混凝土孔结构等优势。能够实现对混凝土坍落度的有效控制，避免引气、缓凝等情况出现。

1、聚羧酸混凝土减水剂作用机理分析

对于聚羧酸混凝土减水剂的作用机理，本文主要从以下几点进行阐述与分析：

（1）在使用过程中，减水剂会在水泥颗粒表面吸附，形成聚合物加强水化膜，该水化膜具有一定厚度。聚合物加强水化膜的强度会受到不同因素影响，比如，聚合物亲水能力影响、亲水测量长度影响、亲水基团浓度影响等。在靠近吸附层过程中，水泥颗粒会逐渐重叠，使得不同颗粒之间发生排斥反应，重叠多，说明排斥力较大。在水泥颗粒表面会吸附聚羧酸混凝土减水剂，尽管静电斥力较小，因主链与水泥颗粒表面相互连接，支链在延伸后，会在液相中形成聚合物分子吸附层，空间位阻斥力也因此增大，在掺量较小情况下，那么对于水泥颗粒能够具备较强分散效果。

（2）静电斥力。聚羧酸混凝土减水剂是由不同物质构成，比如，磺酸基、羧基。磺酸基、羧基能够实现有效吸附与静电斥力，促使减水剂分子能够朝着水泥颗粒表面吸附。亲水基团因为具有电离作用，会使得水泥颗粒表面带电性相同电荷，形成双电层。水泥颗粒在相互靠近过程中，电层能够实现相互重叠，颗粒之间也会产生静电斥力。此时，水泥颗粒絮凝结构会发生解体情况，颗粒具有较强分散性，将自由水在絮团中释放，使得拌合物流动性可以得到保障。

（3）润滑作用。在聚羧酸混凝土减水剂中包含羧基、磺酸基、氨基等基团，极性基团有一定亲水性能，会与水分子结合形成氢键，从而保证水泥颗粒表面湿润性，促使水分能够直接渗透到孔隙当中。水泥颗粒表面在吸附减水剂分子后，在其表面能够形成溶剂水化膜，生成的水化膜会对破坏水泥颗粒絮凝，水泥颗粒因较为分散，从而阻碍正常絮凝。

（4）引气隔离。聚羧酸混凝土减水剂在应用中具有众多优势，例如，降低液气界面张力优势，由此也可以了解到，该种类型减水剂能够形成良好引气效果。在混凝土拌和中，对此类减水剂进行合理应用，在固液界面中能够实现吸附，拌合物中也会产生小气泡。在气泡液界面当中，减水剂分子采用的是定向排列方式，在气泡表面还可以生成水化膜。不仅气泡之间会产生静电斥力，气泡与水泥颗粒之间也会产生静电斥力，隔离作用会在水泥颗粒上发生，实现对水泥颗粒絮凝的阻止。气泡自身具有的滚珠作用与浮托作用，更好实现水泥颗粒与骨料之间的相对滑动。基于此，通过要将减水剂优势发挥出来，并发挥引气隔离滚珠作用，改善混凝土拌合物和易性，为后续工作开展提供保障。

2、合成方法分析

在聚羧酸混凝土减水剂合成中，可以采用很多不同合成方式，本文主要从以下几点进行阐述（如图一）：

（1）大分子单体合成方式。大分子单体合成方式的作用原理主要是先酯化后聚合，通俗来讲就是利用酯化反应，将具有聚合活性的大分子单体制备出来，并按照相应配比与单体之间进行混合，可以直接使用融合聚合方式，得到相应成品[1]。聚羧酸混凝土减水剂的合成关键是，能够合成高质量大分子单体，这一工作的落实也会对聚羧酸混凝土减水剂性能产生直接影响。该种合成工艺方式尽管看起来较为简单，但在其中涉及到分离纯化这一过程，不仅工作内容較为繁琐，而且会花费很多成本。

（2）大分子反应合成方式。大分子反应合成方式的作用原理是先聚合后酯化，与大分子单体合成方式相反。也就是说将已知相对分子质量的聚羧酸制备出来，在催化剂的影响下，使用已知相对分子质量聚醚，在较高环境温度下，利用酯化反应实现对聚羧酸的接枝。聚羧酸产品规格与产品种类较为有限，因此，组成与相对分子质量调整工作较为困难。聚羧酸与聚醚之间的相容性不佳，这为具体酯化操作带来很大影响。酯化反应的不断推进，会有很多水溢出，从而产生分离现象[2]。在此背景下，需要使用聚醚单醇或者聚醚二醇，使得聚羧酸相容问题得到更好解决。比如，可以使用单体苯乙烯实现聚合，接着针对共聚物进行酯化、磺化，这样可以获得聚羧酸减水剂，该减水剂具有良好分散性能，将其应用在混凝土制备中，可以提升混凝土保坍性能。

（3）原位聚合与接枝方式。原位聚合与接枝方式能够实现聚合、酯化之间的有机结合，就是将聚醚作为羧酸类不饱和单体的实际反应介质，这样不饱和单体会发生聚合反应与酯化反应，将聚羧酸与聚醚存在的相容性不佳问题更好解决。比如，可以将丙烯酸单体、引发剂混合溶液，逐渐滴入到相对分子质量是2000的甲氧基聚乙二醇水溶液中，在六十摄氏度的文地下反应四十五分钟后，要将温度上升到一百二十摄氏度，在N2的保护之下，会将其中的水分去除，这一操作大约为五十分钟[3]。与此同时，催化剂需要升温，温度升高至一百六十五摄氏度即可，在这一温度下反应一小时，这样可以得到接枝成品。使用该种方式，能够实现对聚合物相对分子质量的有效控制，同时合成工艺较为简单，花费更少成本，但往往只能先用含羧基单体，这样才能更好实现接枝。

3、聚羧酸混凝土减水剂发展趋势分析

聚羧酸混凝土减水剂拥有着属于自身的优势，具体如表一所示，比如，掺量较低、保坍性较好等。因此，在混凝土制备等工作中得到广泛关注，在未来聚羧酸混凝土减水剂的发展，本文主要从以下几点进行分析：

（1）加强工艺过程优化。针对现有聚羧酸混凝土减水剂，需要进行性能优化，为实现这一目的要做好工艺工程优化工作[4]。在聚羧酸混凝土减水剂合成期间，会涉及到酯化与聚合两部分内容，如果在酯化期间使用价格相对较低的聚乙二醇，那么很容易出现交联情况。在此背景下，需要对不同影响因素，比如，反应溶剂影响因素、反应物浓度影响因素、反应温度影响因素等进行全面分析与研究，从而降低反应交联，促使工业生产条件可以得到满足，节约更多生产成本与建设成本。

（2）加强系列化产品研发。聚羧酸混凝土减水剂想要实现自身更好发展与应用，需要做好系列化产品研发工作，研发出具有聚羧酸混凝土减水剂性能特点的聚羧酸系聚合物产品。针对土木工程施工中的预拌混凝土，可以研发专门的聚羧酸系减水剂。可以不提升减水率，但是要保证混凝土自身可以具備良好性能，不会出现沁水现象或者离析现象等。特定功能聚羧酸混凝土减水剂研发，是减水剂未来发展的重点方向。

（3）加强分子结构研究设计。聚羧酸混凝土减水剂往往是具有梳状结构特点，在梳型侧链中会与阴离子、非离子之间相连，属于混合型表面活性剂。在对单体种类、反应条件或者比例进行调整过程中，能够获得不同性能以及特性的聚羧酸混凝土减水剂。在此期间，通过聚合物分子设计，能够实现对梳型聚合物主链链长、官能团链长的有效控制，更好解决缓凝问题与引气问题。

（4）加强复合型减水剂研究。从当前我国市场发展中可以看出，包含很多不同类型减水剂，但很多减水剂由于受到结构等因素影响，使得混凝土保坍性受到影响，例如，萘系减水剂。而聚羧酸混凝土减水剂虽然具备良好保坍性，同时与水泥之间具有良好适应性，但因为其价格较高，使其应用范围受到影响[5]。基于此，在未来聚羧酸混凝土减水剂发展中，要将研发复合型高效减水剂作为重点，将不同类型减水剂优势充分发挥出来，这样才能实现对混凝土性能的优化与完善。使得减水剂在工程施工中的应用，具有更多选择性，推动各项施工工作的顺利进行。

结束语：

综上所述，在混凝土制备中聚羧酸减水剂的应用，可以完善混凝土性能，提升工程项目质量。因此，为使得聚羧酸减水剂的性能可以得到进一步深化，需要加强复合型减水剂研究、加强分子结构研究设计，使得聚羧酸减水剂可以在混凝土制备与施工中得到广泛应用。

参考文献：

[1]王彦鹏.高性能混凝土中聚羧酸减水剂研究与应用[J].中国建材科技，2021，30（04）：58-60.

[2]王君峰.早强型聚羧酸减水剂对水下灌注桩性能的影响研究[J].黑龙江水利科技，2021，49（07）：43-45+49.

[3]逄鲁峰，陈炳江，郎慧东，常青山，黄龙剑.一种新型降黏型聚羧酸系减水剂的制备与性能研究[J].新型建筑材料，2021，48（06）：73-77.

[4]沈焱，钱佳佳，时磊，刘凯.聚羧酸减水剂和乳胶粉对透水混凝土性能的影响研究[J].混凝土世界，2021（06）：74-77.

[5]程建光，廖文龙，周妍.聚羧酸高性能减水剂比对优选的初步探索[J].建筑结构，2021，51（S1）：1407-1410.