聚羧酸系減水劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

姚琳 宋兵 王瓊瓊 趙志中

摘 要：減水劑是提高混凝土性能必不可缺的組成成分，為改善混凝土的強(qiáng)度，和易性和耐久性，進(jìn)而提高其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，本文在分析聚羧酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)基礎(chǔ)上，介紹了國(guó)內(nèi)外減水劑的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀，并對(duì)其今后的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：聚羧酸系減水劑;性能特點(diǎn);現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)設(shè)計(jì)及施工的需求，減水劑的研發(fā)和應(yīng)用得到了快速發(fā)展。減水劑是提高混凝土性能必不可缺的組成成分，其本質(zhì)是一種表面活性材料，本身并不與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的水化產(chǎn)物，只是起表面的物理化學(xué)作用。聚羧酸系減水劑是目前國(guó)內(nèi)外科研人員研究出性價(jià)比最高的高性能減水劑，同時(shí)也將是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，重點(diǎn)課題。

一、聚羧酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)

1.聚羧酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)

聚羧酸系減水劑的分子結(jié)構(gòu)包括憎水性的主鏈和親水性的側(cè)鏈。聚羧酸系減水劑的主鏈和側(cè)鏈上均附著大量的活性基團(tuán)，與水泥進(jìn)行混合攪拌時(shí)，主鏈上的活性基團(tuán)在吸附的作用下包裹著水泥顆粒，外側(cè)的側(cè)鏈處于液體環(huán)境中，且在靜電斥力的作用下呈現(xiàn)出離散型結(jié)構(gòu)，因其形狀像梳子，故稱為梳型結(jié)構(gòu)。其主要是通過(guò)改變主鏈上的功能性側(cè)基來(lái)改變聚羧酸系減水劑的性能，進(jìn)而改變其對(duì)混凝土的作用效果。

2.聚羧酸系減水劑性能特點(diǎn)

（1）用量少（摻量一般占水泥用量的0.2%～0.4%），減水率可高達(dá)45%以上;

（2）水膠比一般小于0.38，能顯著提高混凝土的和易性、強(qiáng)度和耐久性;

（3）與水泥、礦物摻合料以及其它外加劑有較好的溶合性;

（4）分子結(jié)構(gòu)靈活可變，羧酸類分子聚合物種類繁多，高性能減水劑潛力大;

（5）顯著降低水泥的水化熱，控制水泥的早期水化，適用于大體積混凝土;

（6）引氣性能較好，對(duì)于混凝土的凝結(jié)和硬化的影響微乎其微;

（7）可用于配制各類高性能混凝土，工程原材料成本大幅度降低;

（8）對(duì)環(huán)境的污染程度低，為新型綠色環(huán)保外加劑。

二、國(guó)內(nèi)外減水劑的發(fā)展現(xiàn)狀

1.國(guó)內(nèi)減水劑的發(fā)展現(xiàn)狀。國(guó)內(nèi)減水劑的發(fā)展歷史可以追溯到七十年前，當(dāng)時(shí)以木質(zhì)素系減水劑為代表的普通減水劑占據(jù)國(guó)內(nèi)主要的市場(chǎng)份額。1974年，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)以萘系減水劑為代表的新型高效減水劑，因其相比于木質(zhì)素減水劑減水率高及在混凝土的強(qiáng)度及耐久性、抗腐蝕性、流動(dòng)性方面提升程度大等特點(diǎn)迅速成為科研人員研發(fā)的重點(diǎn)。進(jìn)入到21世紀(jì)，國(guó)家大力提倡綠色環(huán)保化，萘系減水劑因環(huán)保問(wèn)題，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)出現(xiàn)萎靡之勢(shì)。此消彼長(zhǎng)，隨著國(guó)內(nèi)混凝土工程大型化、工程環(huán)境復(fù)雜化和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大化，聚羧酸系減水劑開始迅速發(fā)展起來(lái)，其國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率從2007年的14.6%增長(zhǎng)到2015年的72.9%，應(yīng)用范圍也從國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)工程領(lǐng)域逐漸外擴(kuò)到城市建筑、住宅建筑等一般的民用建筑。

2.國(guó)外減水劑的發(fā)展現(xiàn)狀。早在1930年左右，美國(guó)就已開始通過(guò)采用亞硫酸鹽紙漿廢液來(lái)改善混凝土的性能，1937年研究木質(zhì)素磺酸鹽減水劑獲得了專利，于是就出現(xiàn)了以木質(zhì)素減水劑為代表的第一類減水劑，其加入0.25%的摻量減水率可達(dá)到6%-12%，且28d混凝土強(qiáng)度能夠達(dá)到一般混凝土強(qiáng)度的115%左右。但這類減水劑的保坍性一般，且與其它混凝土外加劑沒(méi)有很好的相容性，還會(huì)將大量空氣帶入混凝土中降低混凝土的性能，無(wú)法滿足混凝土工程日益發(fā)展的需求，逐漸被人們所淘汰。1995年左右，日本率先研究出了聚羧酸系減水劑，減水率能夠達(dá)到25%-45%，混凝土強(qiáng)度可提升至200%，接著便積極投入市場(chǎng)應(yīng)用，截止到2011年，日本國(guó)內(nèi)對(duì)于聚羧酸系減水劑的利用率幾乎達(dá)到了全覆蓋，歐洲國(guó)家相對(duì)較為遜色，但其國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率仍達(dá)到了50%左右。

總體而言，國(guó)內(nèi)聚羧酸系減水劑的市場(chǎng)占有率想要追趕上國(guó)際上減水劑研究發(fā)展大國(guó)仍然需要加緊腳步。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)于混凝土減水劑的綠色環(huán)保化愈加嚴(yán)格，且政府基建工程投資力度不斷加大，因此，國(guó)內(nèi)減水劑的發(fā)展仍具有巨大的待發(fā)掘潛能，未來(lái)可期。

三、聚羧酸系減水劑的發(fā)展方向

1.高性能化。由于現(xiàn)代建筑行業(yè)及混凝土工程的需求，對(duì)混凝土提出了更加嚴(yán)格的要求，例如：具有更高的流動(dòng)性、更高程度的與其它外加劑的相容性、更高程度的環(huán)保性等。而高性能混凝土主要依賴于高性能的外加劑，因此就需要對(duì)高性能減水劑的研究技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步提升，使其更加優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)，進(jìn)而使混凝土性能得到改善。

2.功能復(fù)合型化。復(fù)合型化的減水劑是指減水劑在提高混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)方面均具有能力，并且在提高混凝土的某一項(xiàng)具體指標(biāo)上具有更強(qiáng)的性能，既可以發(fā)揮出減水劑的優(yōu)點(diǎn)，還可以提高混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)，增加減水劑的選擇范圍。綜合社會(huì)發(fā)展情況來(lái)講，整個(gè)建筑工程行業(yè)對(duì)復(fù)合型化的減水劑具有極大的需求。

3.低成本化。為了提高現(xiàn)代建筑行業(yè)對(duì)于聚羧酸系高性能減水劑的利用率，降低成本不失為一種行之有效的方法，或者實(shí)現(xiàn)固廢資源的再利用，從根本上降低成本，節(jié)約資源，提高減水劑的經(jīng)濟(jì)效益。

四、結(jié)語(yǔ)

高性能混凝土主要依賴于高性能的外加劑，隨著現(xiàn)代化建筑行業(yè)的發(fā)展，混凝土工程對(duì)于混凝土已經(jīng)不局限于高性能，逐漸轉(zhuǎn)向復(fù)合環(huán)保型，因此就需要對(duì)高性能的聚羧酸系減水劑進(jìn)行進(jìn)一步研究和升級(jí)，使其性能更加優(yōu)化，為工程建設(shè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊鳳玲，嵇銀行，侯桂華，等.聚羧酸混凝土減水劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].材料導(dǎo)報(bào)，2010（24）：436-439.

[2] 王 玲，高瑞軍.聚羧酸系減水劑的發(fā)展歷程及研發(fā)方向[J].混凝土世界，2012（11）：54-57.

[3] 唐建君.聚羧酸系高效減水劑的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].廣東化工，2015（16）：140-141.

[4] 李崇智.新型聚羧酸系減水劑的合成及性能研究[D].北京：清華大學(xué)，2004.

[5] 季建偉，唐謀金，雷江蛟.高性能混凝土減水劑研究進(jìn)展[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2016（01）：16-18.

[6] 肖應(yīng)歡，成立.混凝土減水劑發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J].化工與資料，2014（09）：36-38.

[7] 喬敏，冉千平.淺談減水劑的市場(chǎng)前景與發(fā)展趨勢(shì)[J].新建筑材料，2018（03）：84-86.

作者簡(jiǎn)介：姚琳（1991-）女，吉林人，碩士，吉林市政府投資建設(shè)項(xiàng)目管理中心助理工程師。

宋兵（1991-）男，吉林人，碩士，吉林化工學(xué)院助教，主要從事工程管理方面研究。

王瓊瓊（1996-）女，河南人，吉林化工學(xué)院工程管理專業(yè)2016級(jí)本科生。