聚羧酸高性能減水劑的優(yōu)勢和缺陷

倪 琳

（遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110004）

混凝土材料從20世紀(jì)開始已經(jīng)發(fā)展成為一種重要建筑材料，通過改進(jìn)配制方法和施工技術(shù)可以使混凝土具有優(yōu)良的性能。與此同時，對高性能混凝土外加劑也提出了更為苛刻的要求，在這種歷史背景下，聚羧酸高性能減水劑的出現(xiàn)完全順應(yīng)了工程領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芑炷恋陌l(fā)展的要求[1-2]。

1 減水劑的發(fā)展歷程

性能優(yōu)良的混凝土仰賴于各類外加劑的發(fā)展，特別是高性能減水劑的發(fā)展。到目前為止，減水劑的發(fā)展可以分為三個階段:第一階段的減水劑包括木質(zhì)素磺酸鹽系和腐殖酸鹽，第二階段具有代表性的高效減水劑是萘系和三聚氰胺系減水劑。21世紀(jì)又出現(xiàn)了第三代聚羧酸系高性能減水劑，該類減水劑通過與其他減水劑復(fù)配使用，可以獲得高性能混凝土。相對于前兩代減水劑，高性能聚羧酸系減水劑顯現(xiàn)出卓越的性能，在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，進(jìn)入了黃金發(fā)展期，它也同時代表了目前混凝土外加劑領(lǐng)域的發(fā)展方向。

第一階段的減水劑的缺點是減水率比較低，常用于強(qiáng)度等級低的混凝土中，如果摻量過高有可能會導(dǎo)致引氣緩凝時間延長甚至不凝現(xiàn)象。另外，引氣量過高也影響混凝土的強(qiáng)度，容易造成工程事故，特別是在冬天施工時應(yīng)該尤為注意緩凝引氣對混凝土的影響。

第二階段的減水劑的減水率較高，同時沒有緩凝引氣等的副作用，即使是過量添加也對混凝土的性能沒有太大的影響。但需要注意的是萘系減水劑會導(dǎo)致混凝土坍落度損失過快過大，這配制高工作性混凝土?xí)r會帶來很大不便，另外在生產(chǎn)萘系減水劑時由于原料萘的易升華、甲醛的易揮發(fā)等原因會對環(huán)境造成不利影響。

同上述兩類減水劑相比，高性能聚羧酸系減水劑具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下方面[3-6]：

1）摻量更低。聚羧酸減水劑的摻量一般低于水泥膠材的1.0%，按照國標(biāo)測定的減水率要高于25%，甚至高于50%，同第一代和第二代減水劑劑相比，聚羧酸減水劑的摻量明顯降低，這也意味著有可能導(dǎo)致混凝土性能降低的有害物質(zhì)大為降低，由此可以確保混凝土擁有良好的工作性、耐久性以及合適的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在保證最終制品綜合性能達(dá)標(biāo)的前提下，能夠顯著降低水泥的用量，有利于控制施工成本。

2）混凝土坍落度具有更好的保持性。聚羧酸減水劑通過調(diào)整減水型母液和保坍型母液的比例可以調(diào)整混凝土初始工作狀態(tài)和混凝土坍落度損失程度，另外還可以調(diào)整混凝土出現(xiàn)泌水或離析、和易性差的問題，能夠明顯改善混凝土的工作性，因此聚羧酸減水劑適合用于高性能混凝土的配制。

3）引氣量低，無緩凝現(xiàn)象。聚羧酸減水劑是一類高分子聚合物，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但即使是這樣，聚羧酸減水劑也不會使混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重的緩凝、引氣等影響，即使有少許影響，但是通過與其他減水劑復(fù)配的方法，可以實現(xiàn)量化控制混凝土的凝結(jié)時間。

4）聚羧酸減水劑綠色環(huán)保。聚羧酸高性能減水劑的制備原料無毒無害，產(chǎn)品對環(huán)境和人體也無害，因此是一種制得提倡的建筑材料綠色添加劑。

5）聚羧酸減水劑可以實現(xiàn)可控設(shè)計，合成出性能各異的產(chǎn)品。聚羧酸減水劑主鏈的合成原料包括水溶性丙烯酸及其鹽，馬來酸酐等物質(zhì)，側(cè)鏈上可以接枝羥基，羧基，磺酸基等不同類型的官能團(tuán)的有機(jī)高分子。在主鏈上的親水結(jié)構(gòu)和側(cè)鏈上各類官能團(tuán)的共同作用下可以實現(xiàn)很高的減水率，對混凝土保坍效果影響明顯。總之，由于聚羧酸減水劑在分子結(jié)構(gòu)設(shè)計上具有優(yōu)良的靈活性，導(dǎo)致聚羧酸的發(fā)展空間很大。

2 聚羧酸減水劑的缺陷

聚羧酸減水劑從20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)到現(xiàn)在只有30年左右的時間，相關(guān)的作用機(jī)理闡述還不詳細(xì)，理論發(fā)展也不完善，在很多情況下仍然無法合理的解釋聚羧酸減水劑應(yīng)用過程中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象，這意味著聚羧酸減水劑的理論研究方面還須繼續(xù)深入。另外，這類減水劑在復(fù)配等應(yīng)用過程中也出現(xiàn)很多新的問題，如混凝土拌混后流動性很差，卸料困難。聚羧酸減水劑同其他外加劑的相容性不好，混凝土的坍落度損失大且對砂石骨料的酸堿性異常敏感等。以上情況說明聚羧酸減水劑產(chǎn)品的應(yīng)用條件苛刻，大規(guī)模應(yīng)用的前景不太明朗，總體來說，其缺陷主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

第一，聚羧酸減水劑的應(yīng)用效果對砂石骨料比較敏感。聚羧酸鹽系高性能水劑對水泥的品種，砂石的來源等有很高的依存度。即使是同一廠家，相同牌號的水泥，不同批次的水泥的減水效果也會差異很大。對不同來源的各種礦粉等的影響更為明顯，甚至失去工作性。目前，聚羧酸減水劑應(yīng)用于含泥量高的砂石骨料方面目前仍未找到妥善的解決方法。因此需要在實際應(yīng)用過程時通過大量的實驗來確定減水率的大小，再確定減水劑的合理用量，這就導(dǎo)致聚羧酸減水劑在復(fù)配應(yīng)用時工作量很大，使之成為該類減水劑廣泛應(yīng)用的極大挑戰(zhàn)。

第二，水的使用量和實驗因素對聚羧酸減水劑混凝土的性能影響很大。低用水量條件下，新拌混凝土的綜合性能受用水量的變化影響很大，混凝土最佳工作性的用水量區(qū)間很窄，很容易導(dǎo)致新拌混凝土工作性變差。空氣中水分的差異，骨料含水量的不同以及蒸發(fā)等因素都會明顯影響聚羧酸減水劑新拌混凝土性能變差。因此，在這種情況下，充分考慮各種影響水含量的因素非常關(guān)鍵，這也是保證聚羧酸減水劑可否最佳性能的關(guān)鍵。

第三，聚羧酸減水劑自身的穩(wěn)定性不好，受周圍環(huán)境溫度影響較大。聚羧酸的減水劑氣溫高的夏季比溫度低的冬季稍好一些，但新拌混凝土經(jīng)時保坍率在氣溫高的夏季稍差些，因此，要充分考慮到溫度對聚羧酸減水劑差異性的影響。

3 結(jié)論

聚羧酸減水劑具有優(yōu)異的減水效果，這一點是其他現(xiàn)有減水劑所不具備的。目前，聚羧酸減水劑在復(fù)配應(yīng)用過程中出現(xiàn)的一些問題主要還是我們對聚羧酸減水劑組分的基本結(jié)構(gòu)認(rèn)識不夠，相關(guān)的理論知識不足以及在工程應(yīng)用中經(jīng)驗總結(jié)的不夠?qū)е碌模@些都不會影響聚羧酸減水劑廣闊的應(yīng)用前景。