聚羧酸系高性能減水劑的研究現(xiàn)狀與展望

荀武舉，吳長(zhǎng)龍，辛德勝，王躍松，張 煒，石 巖

（大連市建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)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(xiàn)狀與展望

荀武舉，吳長(zhǎng)龍，辛德勝，王躍松，張 煒，石 巖

（大連市建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)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(fā)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(guó)內(nèi)外研究情況，介紹了其分子設(shè)計(jì)原理和性能特點(diǎn)及其實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題，并對(duì)其今后發(fā)展進(jìn)行了展望。

聚羧酸； 高性能減水劑； 分子設(shè)計(jì)； 混凝土

混凝土減水劑是混凝土外加劑中應(yīng)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(fā)展起來(lái)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(chǎn)環(huán)保等優(yōu)異性能,適宜配制高強(qiáng)混凝土、高流動(dòng)性及自密實(shí)混凝土。

1 聚羧酸系減水劑的國(guó)外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，日本開(kāi)始研發(fā)聚羧酸系高性能減水劑，90年代中期正式工業(yè)化生產(chǎn)。近年來(lái),日本和歐美一些國(guó)家的學(xué)者把研究方向主要偏重于開(kāi)發(fā)新型聚羧酸系高性能減水劑及其應(yīng)用性能等。

Akimotol[1]等采用烯醚基聚氧乙烯馬來(lái)酸酐或其衍生物共聚，以羧酸為側(cè)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(lèi)單體的摩爾比對(duì)聚羧酸系減水劑性能的影響，他認(rèn)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(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Molecular structure of polycarboxylate type water-reducing agent

2 聚羧酸系減水劑的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)聚羧酸系減水劑的研究起步較晚, 許多大學(xué)和科研院所都進(jìn)行了大量的研究，并取得了一些成果。

在國(guó)內(nèi)，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(guò)“分子設(shè)計(jì)”理論以烯脂類(lèi)酸、環(huán)氧基醚為原料進(jìn)行分子設(shè)計(jì)而成。

中國(guó)建筑科學(xué)研究院經(jīng)過(guò)多年的努力,以丙烯酸、馬來(lái)酸酐、單甲基聚氧乙烯醚等為原材料采用合理的配方與獨(dú)到的生產(chǎn)工藝路線(xiàn),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(xué)、華南理工大學(xué)、江蘇省建筑科學(xué)研究院近年來(lái)也相繼開(kāi)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(guó)內(nèi)對(duì)聚羧酸系高性能減水劑的研究成果來(lái)看，目前研究主要涉及原材料選擇、生產(chǎn)工藝、降低成本及應(yīng)用等方面，而在聚羧酸系高性能減水劑的作用機(jī)理、性能優(yōu)化等方面的研究有待進(jìn)一步深入[4-8]。

3 聚羧酸系高性能減水劑的分子設(shè)計(jì)

聚羧酸類(lèi)減水劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在分子主鏈上形成側(cè)鏈并在側(cè)鏈上引入強(qiáng)極性基團(tuán)如:羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等,使分子具有梳型結(jié)構(gòu)。通過(guò)極性基與非極性基比例調(diào)節(jié)引氣性,一般非極性比例不超過(guò) 30%; 通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物分子量增大減水性、質(zhì)量穩(wěn)定性;通過(guò)調(diào)節(jié)側(cè)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(diǎn)

聚羧酸系高性能減水劑的分子結(jié)構(gòu)呈梳形，側(cè)鏈較長(zhǎng)，在性能方面主要特點(diǎn)有：(1) 摻量低、減水率高。減水率可高達(dá)40%，可用于配制高強(qiáng)以及高性能混凝土。(2) 混凝上拌合物的坍落度損失小，對(duì)于商品混凝土的長(zhǎng)距離運(yùn)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(wěn)定性及耐久性。（4） 產(chǎn)品綠色環(huán)保：產(chǎn)品無(wú)毒無(wú)害，是綠色環(huán)保產(chǎn)品，有利于可持續(xù)發(fā)展。（5） 堿含量極低：堿含量≤0.2%。

5 聚羧酸系減水劑應(yīng)用中的問(wèn)題

（1）聚羧酸系減水劑的復(fù)合與復(fù)配

實(shí)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(qiáng)度等，除了采用合成工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，還可以通過(guò)簡(jiǎn)單有效的聚羧酸產(chǎn)品間的復(fù)合以及與其他外加劑或組分復(fù)配來(lái)改善和提高，包括不同類(lèi)型的聚羧酸系減水劑的組合、復(fù)配成分包括緩凝劑(常用的有葡萄糖酸鈉、檸檬酸、糖類(lèi)、酒石酸等)、保水、早強(qiáng)、消泡、引氣組分等，目的是實(shí)現(xiàn)各組分的協(xié)同作用、疊加作用、配伍效應(yīng)[9]。

（2）聚羧酸系減水劑的適應(yīng)性問(wèn)題

聚羧酸系減水劑在應(yīng)用過(guò)程中，存在對(duì)混凝土中水泥、砂、摻和料甚至水的適應(yīng)性問(wèn)題。如何解決或改善其適應(yīng)性，仍然需要在合成和復(fù)配方面進(jìn)行大量的研究和實(shí)踐。聚羧酸系減水劑受砂含泥影響比較敏感，應(yīng)引起足夠重視。

（3）聚羧酸系減水劑對(duì)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(yùn)輸、澆鑄施工時(shí)的性能好壞。混凝土工作性除了流變性質(zhì)比如粘度、屈服應(yīng)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?xí)霈F(xiàn)泌水、沉降、難泵送等問(wèn)題，因此，聚羧酸系減水劑對(duì)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(jié)構(gòu)表征及現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的提高,通過(guò)嫁接方式,將帶活性基團(tuán)的側(cè)鏈直接嫁接到聚羧酸系高性能減水劑的主鏈上,使其同時(shí)具有高減水、控制坍落度損失和抗收縮、不影響水泥的凝結(jié)硬化等多種功能。嫁接技術(shù)用于聚羧酸系減水劑的研究將是對(duì)傳統(tǒng)減水劑合成技術(shù)的突破,具有廣闊的發(fā)展前景。

從目前情況來(lái)看,必須加強(qiáng)聚羧酸系減水劑的基礎(chǔ)研究，深入研究聚合物的支鏈和主鏈對(duì)減水、保坍、引氣、緩凝等性能的影響，優(yōu)化聚合工藝，加強(qiáng)對(duì)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(qiáng)聚羧酸系減水劑應(yīng)用技術(shù)的研究，同時(shí)開(kāi)展聚羧酸系減水劑與傳統(tǒng)減水劑的協(xié)同效應(yīng)研究和聚羧酸系減水劑的復(fù)配研究。

近年來(lái)，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(diǎn)工程中得到廣泛應(yīng)用，有著廣闊的應(yīng)用前景，將進(jìn)一步朝著高性能多功能化、生態(tài)化、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)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(jī)理[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2005，33(1)：87-92.

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

[6] 鄭國(guó)峰.一種聚羧酸型高效減水劑的實(shí)驗(yàn)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(yīng)用[J].化學(xué)建材，1999(6):36-37.

[8] 陳桂林，陶曉琳，王剛.聚羧酸類(lèi)LEX-9 高性能減水劑性能分析及應(yīng)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(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)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(jìn)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(yè)于大連理工大學(xué)高分子材料專(zhuān)業(yè)，研究方向：從事化學(xué)建材技術(shù)工作。E-mail：xwjsea@163.com。