聚羧酸減水劑的合成及性能研究

高淑星

（山東易和環保科技有限公司，山東 濟南 201100）

1 引言

聚羧酸減水劑與傳統的減水劑相比，性價比更高，更適用于現代建筑工程中。聚羧酸減水劑在使用過程中體現出少摻量、高性能的產品特色，既可以使建筑外體美觀牢固、不易燃、不易爆，安全適用于火車和汽車運輸；同時，聚羧酸減水劑還是綠色環保產品，可應用于居住及辦公場所等。

2 聚羧酸減水劑簡述

聚羧酸減水劑是一種水泥分散劑，主要與水泥混凝土配合應用于建筑工程中，這種新一代的高性能減水劑深受建筑工程市場好評。聚羧酸減水劑2003年由國外引進，2007年聚羧酸減水劑產量增加，直至2017年大幅增加，年均產量在700×104 t。目前，我國是聚羧酸減水劑使用量最大的國家。

2.1 聚羧酸減水劑的結構

聚羧酸減水劑由主鏈和眾多的支鏈組成，屬于梳型分子結構，它采用自由基水溶液共聚方法合成。聚羧酸減水劑中的聚羧酸高性能減水劑帶有羧基（-COOH）等活性親水基團及聚氧化乙烯鏈基等不飽和單體，主要原料有甲基丙烯酸、丙烯酸等，其分子結構轉變為靜電斥力效應和空間位阻效應共同作用結構，放棄了最初的單一靜電斥力效應結構，最終形成立體分散系統。

聚羧酸減水劑最初在生產中采用酯類大單體減水劑為原料，導致較多的生產缺陷，如設備使用復雜不易操作、生產周期長、供應市場能力弱等問題，隨著科研技術的發展，在多次試驗和實踐中，逐漸使用成本低、效率高的醚類大單體，使聚羧酸系減水劑的生產過程變得簡化且效率高。

2.2 聚羧酸減水劑的合成

2.2.1 聚羧酸減水劑母液的合成

不飽和聚醚大單體在引發劑的作用下產生共聚，將帶有活性基因的枝連接到主鏈上，采用不同品種的聚醚大單體、丙烯酸為主要原料，常溫合成或加熱合成。

2.2.2 聚羧酸減水劑的復配

以聚羧酸減水劑母液為原料，根據需要適量添加緩凝、引氣、消泡、防凍、保水等多種成分，溶解混合過程。

2.2.3 聚羧酸減水劑的合成方法

聚羧酸減水劑的合成方法主要包括原位聚合接枝法、先聚合后功能化法和單體直接共聚法。聚羧酸系減水劑的合成多為水溶性自由基聚合。

3 聚羧酸減水劑合成的意義

在我國綠色建材市場的要求下，聚羧酸減水劑的研發人員已經開始研究低溫（10℃～30℃）聚羧酸合成，一旦研制成功將大量用于建筑工程中。

聚羧酸減水劑品種多樣，有標準型、早強型、緩凝型、緩釋型、減縮型及防凍型。聚羧酸減水劑隨著科學技術的發展，日后還會出現更多品種、功能的聚羧酸系減水劑。

（1）聚羧酸減水劑作為一種外加劑，它有很強的適應性。由聚羧酸減水劑配置的混凝土，可以讓混凝土達到高標號的標準要求，在實際工程中不會出現大量沁水等影響工程質量的現象，始終可以使混凝土處于工作性能強、黏性好且易于攪拌的狀態。

（2）聚羧酸減水劑在與混凝土配制應用于工程時，有很強的耐久性、穩定性等。聚羧酸減水劑是工程減水劑的首選，不僅成本低，還具有較高性能。

（3）聚羧酸減水劑的成分完全符合我國對建筑材料的環保性要求，對人身體易致癌成分甲醛的含量非常低，使用在建筑材料中十分安全，不僅對人身無害，對環境也可以做到零污染。

（4）聚羧酸減水劑是被建筑市場公認的減水大王，在摻量僅有1%時，減水率就可以達到20%左右，而且收縮非常小。

（5）聚羧酸鹽類減水劑的使用還可以帶動行業廢物二次利用，例如：可用更多的礦渣或粉煤灰取代水泥，從而達到降低成本的目的。

4 聚羧酸減水劑的性能

4.1 聚羧酸減水劑的性能優點

聚羧酸減水劑保坍性好，可以保2～3h；減水率高，可以達到25%的減水率；凝結時間延緩幅度小，有助于冬季施工；混凝土表觀質量好；混凝土收縮小；清潔生產。

4.2 聚羧酸減水劑的性能缺點

聚羧酸減水劑在高溫下保坍性不足；聚羧酸減水劑對溫度敏感性強，影響混凝土的施工效果；聚羧酸減水劑大部分是在有水系統中進行合成的，水中成分較多導致難以準確了解不同單體間雜亂的相互作用；聚羧酸減水劑在進行復配的過程中，對引氣劑等化學原料有較嚴格的要求，加之聚羧酸減水劑的表征化學結構復雜，缺少從微觀角度進行研討；聚羧酸減水劑在與混凝土、水泥進行配置時，雖與水泥有較好的相容性，但是，在控制混凝土的流動性方面仍存在快硬現象，這說明對聚羧酸減水劑的性能掌握還存在欠缺；聚羧酸減水劑在配置高強性能混凝土的過程中，存在著混凝土黏性太多或太少等不可控的問題；對砂石集料的含泥量敏感性強；對機制砂適應較差，摻量敏感影響施工。這些缺點可以通過實驗等辦法避免。

5 聚羧酸減水劑性能缺點的解決措施

（1）針對聚羧酸減水劑對溫度敏感的解決措施。工程企業要充分了解聚羧酸減水劑的特性、環境溫度和材料適應性，需要在生產前進行混凝土配合比試驗。同時，調整不同種類聚羧酸減水劑目的復配比例，針對不同氣溫，調控聚羧酸減水劑的分子結構，提高適應性。

（2）材料性能變化對聚羧酸減水劑影響的解決措施。工程企業在使用聚羧酸減水劑時，要充分參考聚羧酸減水劑詳細的檢驗報告，在開始使用前需在現場進行抽樣試驗，對所采用的聚羧酸減水劑特性有深度了解，采用工程材料進行混凝土配合比試驗，驗證相容性，及時對各種原材料性能變化采取合適的調整措施。同時，各種原材料的基本性能必須符合標準要求。

（3）針對攪拌方式對聚羧酸減水劑影響的解決措施。在施工中，混凝土的攪拌方式、強度、時間不同，同時，相同配比的混凝土工作性能存在一定差別，所以，工程企業在攪拌過程中要使用雙臥軸攪拌機，這樣攪拌出的混凝土勻質性更好。

（4）針對生產過程對聚羧酸減水劑影響的解決措施。在施工中混凝土攪拌時間充足是充分發揮聚羧酸減水劑效果的基礎，可以避免攪拌時間不足導致的效果滯后。同時，因為混凝土對聚羧酸減水劑的摻量變化和水量變化均敏感，還需計量準確。

（5）針對摻加方式對聚羧酸減水劑影響的解決措施。聚羧酸減水劑的二次摻加效果區別于其他品牌減水劑，其摻加量更多，效果不如其他品種減水劑明顯。另外，需要在混凝土生產前充分試驗，依次摻加達到預期保坍時間。

通過以上的解決措施，在使用聚羧酸減水劑時，檢驗結果無法體現出工程現場因素多變，所以，工程企業要及時調整聚羧酸減水劑的使用摻量，必要時調整聚羧酸減水劑的性能指標。

6 聚羧酸減水劑的應用

2017年，聚羧酸減水劑達到減水劑用量的77.6%，成為目前使用最廣泛的減水劑品種。在民建、交通、水利等領域獲得廣泛應用。聚羧酸減水劑品種多樣，目前已經應用于高強混凝土、預制構件、大體積混凝土、遠距離運輸、減少裂縫及助力冬季施工等。具體場景應用例如：高速鐵路、客運專線、工業與民用建筑、道路、橋梁、港口碼頭、機場等工程建設的預制和現澆混凝土、鋼筋混凝土及預應力混凝土。

聚羧酸高性能減水劑的應用，使抗擾動自密實混凝土具有高流動性、穿越鋼筋能力和抗離析能力，可以避免混凝土出現振搗不足而造成的空洞、蜂窩、麻面等缺陷。

聚羧酸減水劑在建筑施工應用過程要注意科學運用儲存技術，企業在聚羧酸減水劑儲存時要采取均化設備，通過機械、氣體、循環操作的方式，讓聚羧酸減水劑達到一個均勻的效果，便于工程使用。

7 結束語

綜上所述，在我國，聚羧酸系減水劑品種多、功能全、性能優且實用，在使用中要根據工程要求的實際情況合理選擇，目前，聚羧酸系減水劑的市場價值已被充分認可。隨著科研成果的充實和建筑市場的規范化，聚羧酸減水劑的性能和質量，也需要始終堅持以市場需求為導向不斷提高和細化。隨著科學技術的不斷進步，更多品種質量更優的聚羧酸系減水劑將投入建筑工程的使用。