聚羧酸系高性能減水劑的研究現狀與展望

荀武舉，吳長龍，辛德勝，王躍松，張 煒，石 巖

（大連市建筑科學研究設計院股份有限公司，遼寧 大連 116021）

聚羧酸系高性能減水劑的研究現狀與展望

荀武舉，吳長龍，辛德勝，王躍松，張 煒，石 巖

（大連市建筑科學研究設計院股份有限公司，遼寧 大連 116021）

聚羧酸系高性能減水劑是減水劑發展歷史上的第三次重大突破。綜述了聚羧酸系高性能減水劑的國內外研究情況，介紹了其分子設計原理和性能特點及其實際應用中的問題，并對其今后發展進行了展望。

聚羧酸； 高性能減水劑； 分子設計； 混凝土

混凝土減水劑是混凝土外加劑中應用面最廣、使用量最大的一種。聚羧酸系高性能減水劑是繼木鈣為代表的普通減水劑和以萘系為代表的高效減水劑之后發展起來的第三代高性能減水劑。聚羧酸系高性能減水劑因其減水率高、保坍性能好、摻量低、生產環保等優異性能,適宜配制高強混凝土、高流動性及自密實混凝土。

1 聚羧酸系減水劑的國外研究現狀

20世紀80年代，日本開始研發聚羧酸系高性能減水劑，90年代中期正式工業化生產。近年來,日本和歐美一些國家的學者把研究方向主要偏重于開發新型聚羧酸系高性能減水劑及其應用性能等。

Akimotol[1]等采用烯醚基聚氧乙烯馬來酸酐或其衍生物共聚，以羧酸為側鏈，烷氧基為主鏈合成聚羧酸系減水劑。

Takahashi[2]等用聚氧烷基衍生物A，不飽和羧酸單體B，含-SO3H的單體C共聚合成聚羧酸系減水劑，并引入硅氧基。

Ferrari[3]等研究了大單體和羧酸類單體的摩爾比對聚羧酸系減水劑性能的影響，他認為減水劑中的羧基在水泥漿體中起吸附作用，聚乙二醇鏈起分散作用。

圖1 聚羧酸系減水劑的分子結構示意圖Fig.1 Molecular structure of polycarboxylate type water-reducing agent

2 聚羧酸系減水劑的國內研究現狀

國內聚羧酸系減水劑的研究起步較晚, 許多大學和科研院所都進行了大量的研究，并取得了一些成果。

在國內，上海建科院率先研究成功LEX-9型聚羧酸減水劑,LEX-9系列聚羧酸減水劑是通過“分子設計”理論以烯脂類酸、環氧基醚為原料進行分子設計而成。

中國建筑科學研究院經過多年的努力,以丙烯酸、馬來酸酐、單甲基聚氧乙烯醚等為原材料采用合理的配方與獨到的生產工藝路線,研制出新一代混凝土高性能減水劑 CARB聚羧酸系高性能減水劑。

清華大學、華南理工大學、江蘇省建筑科學研究院近年來也相繼開展了聚羧酸系高性能減水劑的研究，取得一定成果。從近幾年國內對聚羧酸系高性能減水劑的研究成果來看，目前研究主要涉及原材料選擇、生產工藝、降低成本及應用等方面，而在聚羧酸系高性能減水劑的作用機理、性能優化等方面的研究有待進一步深入[4-8]。

3 聚羧酸系高性能減水劑的分子設計

聚羧酸類減水劑的分子結構設計是在分子主鏈上形成側鏈并在側鏈上引入強極性基團如:羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等,使分子具有梳型結構。通過極性基與非極性基比例調節引氣性,一般非極性比例不超過 30%; 通過調節聚合物分子量增大減水性、質量穩定性;通過調節側鏈分子量,增加立體位阻作用而提高分散性保持性能。

4 聚羧酸系高性能減水劑的性能特點

聚羧酸系高性能減水劑的分子結構呈梳形，側鏈較長，在性能方面主要特點有：(1) 摻量低、減水率高。減水率可高達40%，可用于配制高強以及高性能混凝土。(2) 混凝上拌合物的坍落度損失小，對于商品混凝土的長距離運輸及泵送施工有利。(3)混凝上收縮小，可顯著提高混凝土體積穩定性及耐久性。（4） 產品綠色環保：產品無毒無害，是綠色環保產品，有利于可持續發展。（5） 堿含量極低：堿含量≤0.2%。

5 聚羧酸系減水劑應用中的問題

（1）聚羧酸系減水劑的復合與復配

實踐表明，為了有效改善聚羧酸系減水劑混凝土新拌性能、減小坍落度損失、減少泌水、提高早期強度等，除了采用合成工藝來實現，還可以通過簡單有效的聚羧酸產品間的復合以及與其他外加劑或組分復配來改善和提高，包括不同類型的聚羧酸系減水劑的組合、復配成分包括緩凝劑(常用的有葡萄糖酸鈉、檸檬酸、糖類、酒石酸等)、保水、早強、消泡、引氣組分等，目的是實現各組分的協同作用、疊加作用、配伍效應[9]。

（2）聚羧酸系減水劑的適應性問題

聚羧酸系減水劑在應用過程中，存在對混凝土中水泥、砂、摻和料甚至水的適應性問題。如何解決或改善其適應性，仍然需要在合成和復配方面進行大量的研究和實踐。聚羧酸系減水劑受砂含泥影響比較敏感，應引起足夠重視。

（3）聚羧酸系減水劑對混凝土工作性的影響

混凝土工作性是指混凝土在制備拌和、運輸、澆鑄施工時的性能好壞。混凝土工作性除了流變性質比如粘度、屈服應力之外，另一重要性能是保塑性，還包括混凝土是否泌水泌漿、沉降離析、扒底、泵送澆鑄難易等等。在有的工程中，摻聚羧酸系減水劑的混凝土會出現泌水、沉降、難泵送等問題，因此，聚羧酸系減水劑對混凝土工作性的綜合影響的仍需要深入研究[10]。

6 聚羧酸系高性能減水劑的展望

隨著高分子合成、分子結構表征及現代檢測技術的提高,通過嫁接方式,將帶活性基團的側鏈直接嫁接到聚羧酸系高性能減水劑的主鏈上,使其同時具有高減水、控制坍落度損失和抗收縮、不影響水泥的凝結硬化等多種功能。嫁接技術用于聚羧酸系減水劑的研究將是對傳統減水劑合成技術的突破,具有廣闊的發展前景。

從目前情況來看,必須加強聚羧酸系減水劑的基礎研究，深入研究聚合物的支鏈和主鏈對減水、保坍、引氣、緩凝等性能的影響，優化聚合工藝，加強對保坍型聚羧酸系減水劑、低粘度的聚羧酸系減水劑、抗硫酸鹽干擾的聚羧酸系減水劑、用于快硬水泥聚羧酸系減水劑的研究，加強聚羧酸系減水劑應用技術的研究，同時開展聚羧酸系減水劑與傳統減水劑的協同效應研究和聚羧酸系減水劑的復配研究。

近年來，聚羧酸系高性能減水劑在高速鐵路、港日碼頭、水電大壩、市政工程等許多重點工程中得到廣泛應用，有著廣闊的應用前景，將進一步朝著高性能多功能化、生態化、國際標準化方向發展。

[1] Akimoto S I，Honda S，YAsukohchi T.US5142036[P].1992.

[2] Takahashi M，HataK.JP200072505[P].1998.

[3] Ferrati G,Cerulli T,Clemente P.Influence of carboxylic acid-carboxylic ester ration of carboxylic acid ester superplasticizer on chatacteristics of cement mixture[C].USA:American Concrete Institute,2000:505-520.

[4] 李崇智，馮乃謙，王棟民,等.梳狀聚羧酸系減水劑的制備、表征及其作用機理[J].硅酸鹽學報，2005，33(1)：87-92.

[5] 馬保國，譚洪波，廖國勝,等.聚羧酸系高性能減水劑的合成工藝研究[J].國外建材科技，2006（2）：30-33.

[6] 鄭國峰.一種聚羧酸型高效減水劑的實驗研究[J].混凝土與水泥制品，2001(2):7-8.

[7] 卞榮兵，繆昌文.聚羧酸高效減水保坍劑的研制與應用[J].化學建材，1999(6):36-37.

[8] 陳桂林，陶曉琳，王剛.聚羧酸類LEX-9 高性能減水劑性能分析及應用[J].混凝土，2002(10):62.

[9] 王斌，黎思幸.聚羧酸系高性能減水劑的技術開發與應用[J].混凝土，2010(7):147-149.

[10] 孔祥明,曹恩祥,侯珊珊.聚羧酸減水劑的研究進展[J].混凝土世界，2010(5):28-37.

Research Status and Prospect of Polycarboxylate Type High Performance Water-reducing Agent

XUN Wu-ju，WU Chang-long，XIN De-sheng，WANG Yue-song，ZHANG Wei，SHI Yan
( Dalian Architectural Science Research ＆Designing Institute Co.,Ltd., Liaoning Dalian 116021，China)

The polycarboxylate-type high performance water-reducing agent is the third major breakthrough in its development history. In this paper, research status of the polycarboxylate-type high performance water-reducing agent at home and abroad was reviewed, its principle of molecular design and performance characteristics were introduced as well as some problems in actual application.At last, development trend of the polycarboxylate-type high performance water-reducing agent was put forward.

Polycarboxylic acid；High-performance water-reducing agent；Molecular design；Concrete

TU 528.042.2

A

1671-0460（2011）02-0184-03

2010-12-5

荀武舉（1978-），男，遼寧大連人，工程師，1978年畢業于大連理工大學高分子材料專業，研究方向：從事化學建材技術工作。E-mail：xwjsea@163.com。