混凝土減水劑研究進展綜述

蒲德紅 翟文光 周敬程

(1.重慶市交通規劃勘察設計院，重慶 401121； 2.重慶交通大學，重慶 400074)

混凝土減水劑研究進展綜述

蒲德紅1翟文光2周敬程2

(1.重慶市交通規劃勘察設計院，重慶 401121； 2.重慶交通大學，重慶 400074)

在總結和論述國內外減水劑的發展歷程及研究現狀的基礎上，對減水劑進行了分類，并對5種常見減水劑的摻量、減水率、保坍性、引氣量、28 d混凝土強度值、優缺點、發展前景及改性方法等進行了分析與比較，探討了現階段我國減水劑研究和應用中存在的問題，并對其發展趨勢進行了展望，指出加強減水劑復配與改性技術，開發性能優越、成本低、綠色化的新型減水劑是今后的研究重點。

混凝土，減水劑，性能，發展

0 引言

近年來，隨著混凝土工業的高速發展，混凝土外加劑的研發也逐漸深入，成為拌制混凝土不可或缺的“第六組份”，并取得了良好的工程效果。作為目前使用最為廣泛的混凝土外加劑——減水劑，也在不斷更迭，其性能不斷提高。總體來說，減水劑具有以下功能[1，2]：減少拌合水量，從而提高混凝土強度；增大混凝土的流變性；節約水泥，降低造價。目前我國減水劑的品種繁多，質量參差不齊，另外在混凝土拌合時經常出現泌水漏漿、離析分層、“扒底”等現象，嚴重影響了產品的推廣與應用，阻礙了減水劑工業的進步。針對上述現象，該文綜述了減水劑的應用現狀、產品種類、最佳摻量、工程特性及其適用范圍，有助于工作人員在實際工程中合理地選擇和運用減水劑，同時指出現階段國內減水劑研究與使用中存在的問題和未來的發展方向，供同行參考。

1 減水劑的發展歷程和研究現狀

目前，木質素磺酸鹽類減水劑主要用于物理復配或通過化學改性得到偶氮化磺化木質素，其單獨使用越來越少；萘系減水劑種類多，應用最為廣泛，但呈下降趨勢；聚羧酸系減水劑性能優越，減水率高，但價格昂貴，限制了其推廣應用。

1.1 國外減水劑的發展歷程

20世紀40年代，美國成功研制出以木質素磺酸鹽為主要成分的“普濁里”減水劑，標志著混凝土減水劑生產和應用的起點[3]。50年代，木質素磺酸鹽減水劑在美國冬季混凝土和大壩混凝土施工中得到大量使用[4]。與現階段常用減水劑相比，該類減水劑具有明顯的缺點(如減水率低、含氣量大、容易出現緩凝、適應性較差等)，但它是混凝土外加劑研究領域的一項重大跨越，實現了減水劑“從無到有”的突破，仍值得肯定。1962年，日本研制出萘系高效減水劑，標志著第二代減水劑的產生。與第一代減水劑相比，該類減水劑具有減水率高、引氣量低、早強效果好等優點，同時也為高性能混凝土的研發提供了技術條件和物質基礎。20世紀80年代，日本和德國先后研究聚羧酸減水劑[5]。聚羧酸系減水劑的研發與應用是減水劑領域發展的一次質的飛躍，為減水劑的發展開辟了一個全新的時代，同時也大大推進了混凝土技術的發展。聚羧酸減水劑不僅減水率大(可高達35%左右)，施工環境溫度要求低，與各類混凝土相容性好，而且能很好的控制混凝土的坍落度，避免使用其他減水劑易出現的離析分層、泌水嚴重、引氣量大、緩凝等問題。

1.2 國外減水劑的研究現狀

目前，國外減水劑的研究以聚羧酸系為主，其先進水平可以對聚羧酸大分子的側鏈進行最精確的控制，使聚羧酸實現菜單式服務，達到理想的使用效果。而木質素類減水劑單獨應用空間極小，萘系減水劑的使用呈減小趨勢。近幾年，國外對聚羧酸系減水劑的研究主要集中在如下幾個方面[6，7]：

1)減水劑分子結構及合成工藝研究；

2)減水劑分子結構與性能之間的關系研究；

3)減水劑母液系列化及母液間的復配研究；

4)減水劑應用技術研究。

據統計，在日本混凝土行業中聚羧酸系減水劑的應用比例高達90%左右；歐洲國家的這一數值在50%左右，在預拌混凝土中的應用還不太普遍。

1.3 國內減水劑的發展歷程

我國關于減水劑的研究起步較晚，但發展迅速，勢頭良好。20世紀50年代，我國開始木質素磺酸鹽減水劑的研究與實際應用。70年代，我國萘系高效減水劑的研究有了很大突破，該減水劑生產工藝簡單，且具有減水率高、引氣量較低和不易出現緩凝等獨特的物化功能，成為目前我國應用面最廣、產量最大的減水劑類別。90年代后期，我國氨基磺酸鹽、改性三聚氰胺、脂肪族高效減水劑得到迅猛發展[8]。減水劑在促進我國混凝土行業的迅速發展的同時，也使得工業副產品在膠凝材料系統中得以廣泛應用，在節約水泥、減少造價的同時，也有效控制了工業廢料對環境的污染。減水劑作為一種活性外加劑，已逐步成為高性能混凝土配制不可或缺的材料[9]。

目前，在高層建筑、橋梁、水利、水電等國家重大工程中，聚羧酸系減水劑都得以廣泛使用[7]。雖然該類減水劑存在諸多優點，但不同的聚羧酸系減水劑與水泥的相容性不同，且對消泡劑、引氣劑的選擇性較強，有可能導致所拌混凝土硬化后強度和凝結時間存在很大差異，一定程度上制約了聚羧酸減水劑的發展。

1.4 國內減水劑的研究現狀

目前，我國減水劑的研究主要圍繞物理復配改性和化學反應改性展開[10]。單一的減水劑由于其本身性能的缺陷，往往難以達到混凝土生產的要求，在單方減水劑中添加復合成分(輔助外加劑)，經物理方法混勻，可彌補其性能上的缺點，來達到所需產品的效果。物理復配的優點主要體現在：各單方減水劑間優勢互補，降低減水劑用量，節約成本。化學改性主要通過化學反應使減水劑分子結構發生改變來達到改性的目的。如[11]：在較長的主鏈上鏈接羥基、羧酸基、氨基等各種活性基團。

聚羧酸系減水劑作為新生代減水劑的代表，以其優越的性能受到行業的推崇，但我國關于聚羧酸減水劑的探究與國外相比仍存在相當大的差距，該類減水劑的合成技術、復配技術及應用技術等有待進一步突破和發展。

2 常見減水劑類型及性能比較

近年來，隨著混凝土研究進程的加快，減水劑得到廣泛應用，其類型也越來越多，根據不同的劃分標準，減水劑可分為以下幾種類型，見表1。

表1 減水劑分類

在工程中，常根據不同需求選擇不同性能的減水劑，以達到預期工程效果?，F從以下幾個方面對常見減水劑的性能進行分析、比較，為工程中減水劑的選擇使用提供依據，見表2。

3 存在的問題

1)污染問題。諸多的萘系減水劑在生產過程中都會出現一定的環境污染問題。除了改性木素磺酸鹽高效減水劑外，其他減水劑大都需要用到大量的石油產品作為原料，不符合綠色混凝土發展的要求[12]。

表2 常見減水劑性能比較 %

2)適應性問題。若配置出的混凝土易出現離析、泌水、坍落度損失較快等現象，說明這種減水劑與水泥適應性較差[13]。減水劑適應性問題涉及學科廣泛，如：電化學、表面物理化學、水泥化學等，各學科間形成復雜的知識網絡，有待于進一步探究。

3)標準體系尚不健全。國內減水劑種類繁多，質量參差不齊，目前尚未有統一的標準規范適用于所有的減水劑?，F存的標準對減水劑中一些有害成分含量要求低、適應性差等問題嚴重制約了減水劑的進一步發展。因此，亟需一種科學合理、適應范圍廣、可靠性強的國家標準對減水劑加以規范[14]。

4 我國減水劑的發展趨勢

4.1 減水劑的復配與改性

減水劑可通過復配技術獲得優良性能的疊加以適應市場需求和發展需要，滿足不同環境對減水劑的特殊要求，適應實際生產應用。復配和改性的最終目標是開發出性能高、成本低、適應性強、節約資源、利于環保的減水劑。

4.2 聚羧酸系高性能減水劑的研究

聚羧酸系高性能減水劑具有減水率大、強度增長明顯、坍落度損失小、與水泥適應性良好、無污染等優點[15]。作為新一代減水劑的典型代表，聚羧酸系高性能減水劑是我國減水劑行業在未來一定時期內發展的一個重要方向。

4.3 減水劑綠色化

綠色化生產是21世紀各行業各領域發展的主導方向，混凝土行業作為國民建設的基礎行業，其產量大、應用范圍廣，對經濟建設具有極其重要的意義，因此更應順應這一時代要求。減水劑作為拌制混凝土使用量最大外加劑，其綠色化發展也將成為必然。因此，性能優越、生產成本低、資源消耗低、有利于環保的新型高效減水劑將是21世紀減水劑行業發展的一種趨勢。

5 結語

就綜合性能而言，聚羧酸系減水劑優于其他系列減水劑，具備更廣闊的應用空間，因此它符合當今時代的發展。但金無足赤，聚羧酸高性能減水劑也存在著價格昂貴，對消泡劑、引氣劑的選擇性較強等諸多不足之處，而普通減水劑和高效減水劑有著技術成熟、價格低等優點與獨到之處。因此在今后一定時期內，各類減水劑還將并存發展，并通過改進技術不斷地提高各自的性能。我國減水劑發展方向明確，政策環境具備，社會需求巨大，通過科研人員與生產廠家的研究和合作，定會取得突破性進展。

[1] 王 燕.水鎂石纖維混凝土路面材料及結構設計研究[D].西安：長安大學，2012.

[2] 宋 莉.寒區隧道混凝土抗防凍施工技術[D].重慶：西南交通大學，2011.

[3] 苗 春.減水劑優化配伍與設計理論方法研究[D].上海：同濟大學，2004.

[4] 孫振平，蔣正武，張冠倫.混凝土外加劑與混凝土材料的可持續發展[A].第三屆全國商品混凝土信息技術交流大會暨2006全國商品混凝土年會論文集[C].2007.

[5] 胡向博.聚羧酸系高效減水劑的合成優化試驗研究[D].重慶：重慶大學，2010.

[6] 蘇 瑜，龐 浩，蔣冰艷.聚羧酸系混凝土減水劑的研究進展及發展趨勢[J].現代化工，2011(4)：14-17，27.

[7] 房滿滿，西曉林，林 東.聚羧酸系高效減水劑的研究現狀和應用前景[J].材料導報，2008(3)：76-79.

[8] 郭登峰，劉 紅，劉 準.混凝土減水劑研究現狀和進展[J].混凝土，2010(7)：79-82.

[9] 天 培，王 玲.我國混凝土外加劑現狀及發展趨勢[J].施工技術，2009(4)：11-15.

[10] 王萬林，王海濱，霍冀川.木質素磺酸鹽減水劑改性研究進展[J].化工進展，2011(5)：1039-1044.

[11] 呂智英，胡曉波.高效減水劑的改性研究綜述[J].混凝土，2007(3)：63-68.

[12] 歐陽新平，李 嘉，邱學青.混凝土減水劑的發展與綠色化[J].世界科技研究與發展，2006(2)：30-36.

[13] 張惠平，魯統衛.談山東地區混凝土外加劑與水泥的相容性[J].混凝土，2005(9)：25-29.

[14] 王軍偉，趙 柯，王文雷，等.我國減水劑標準中存在的問題[A].第四屆全國混凝土外加劑應用技術專業委員會年會論文集[C].2009.

[15] 李 超，黃雁飛，王迎飛，等.HSP型聚羧酸減水劑性能試驗研究[J].水運工程，2008(6)：23-28.

On survey of concrete water reducing agent

Pu Dehong1Zhai Wenguang2Zhou Jingcheng2

(1.ChongqingInstituteofCommunicationsSurveyandDesign,Chongqing401121,China; 2.ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China)

Based on the summary of the development and research on the water reducing agent at home and abroad, classifies the water reducing agent, analyzes and compares the mixture amount, water reducing ratio, slump resistance, air entraining amount, 28 d concrete intensity values, advantages and disadvantages, prospects and modification methods of five common water reducing agents, explores some problems in current study on the agent in China, indicates the prospect for the agent’s development, and points out the formulation and modification technique of the agent has the advantages in developing its performance with low cost, so the green water reducing agent will be the research key points in the future.

concrete, water reducing agent, performance, development

1009-6825(2015)30-0105-03

2015-08-13

蒲德紅(1971- )，男，高級工程師

TU528.042

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