淺談聚羧酸減水劑的研究進展

羅小艷 鄧 磊 蔣 禹 沈建榮 刁立柱

（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

隨著人類文明的不斷演化，科學技術(shù)知識的日趨健全，電子化、信息化、技術(shù)化、工業(yè)化步伐闊步前進，城市高樓林立，城野高速公路交錯縱橫，與之息息相關(guān)的混凝土建筑施工過程中不可或缺的減水劑也在更新?lián)Q代。目前廣泛使用的聚羧酸減水劑已是繼木質(zhì)素、奈系減水劑之后的第三代減水劑，作為一種優(yōu)良的混凝土外加劑，聚羧酸減水劑極大的提高了傳統(tǒng)混凝土各個方面的性能，為工業(yè)化進程做出了巨大的貢獻，其適應(yīng)性廣，在不同種類的水泥和砂石制混凝土中都能發(fā)揮良好的作用。

在聚羧酸減水劑發(fā)展過程中，眾多的研究學者也在對其進行多方面的研究。本文就近幾年有關(guān)聚羧酸減水劑的發(fā)展研究做了簡單的概括陳述，主要著眼于不同種類聚羧酸減水劑的最新研究成果。隨著工程建筑施工技術(shù)要求的不斷提高，聚羧酸減水劑從最初的高減水、高保坍型不斷演化發(fā)展，進而出現(xiàn)了今天異彩紛呈的聚羧酸減水劑，但主要多呈現(xiàn)出以下幾種類型。

1 保坍型和超保坍型聚羧酸減水劑

此類減水劑的誕生源于砂石材料的較高的含泥量或含粉量，在機制山砂較為頻繁的西南地區(qū)使用最為普遍。此類減水劑的合成均是在減水劑合成的過程中，通過引入具有保坍功能的活性不飽和單體，從而開發(fā)出了一種具有優(yōu)異坍落度保持能力和一定分散性能的緩釋保坍型聚羧酸減水劑。常用的保坍型不飽和單體有丙烯酸羥乙酯（HEA）及丙烯酸羥丙酯（HPA）等，此類減水劑在一般含泥量(亞甲藍值低于2.0)的混凝土中能使混凝土2～3h坍落度無損失，超過3h后混凝土坍落度損失較快，在超高層建筑或運輸距離較遠的工地，一般要求混凝土坍落度4～6h無損失，且混凝土凝結(jié)時間及后期強度不受影響，能滿足此要求的減水劑稱為超保坍型聚羧酸減水劑。近兩年，南京水利科學研究院[1]及廣東復特新型材料科技有限公司[2]在超保坍型聚羧酸減水劑方面取得一定進展，在特定條件下能實現(xiàn)4～6h的長時間保坍。

2 功能型聚羧酸減水劑

在實際工程施工過程中，有時會遇到減水和保坍不能兼得的情況，通常市場上出售的減水劑主要為減水型和保坍型，減水型保坍性較差，保坍型減水率又較低，需按比例復配使用，在砂石材料較好的地區(qū)，兩種減水劑按比例復配使用不僅增加了生產(chǎn)工藝的復雜性，還容易引起生產(chǎn)質(zhì)量的波動，這些地區(qū)一般使用的減水劑既具有較高減水率也有良好的保坍性，稱之為功能型減水劑。巴斯夫410是目前使用較多的功能型母液，但成本相對較高。因此，國內(nèi)不少公司也在研究探索。2016年，貴州科之杰新材料有限公司鄧磊[3]等通過正交實驗分析法合成了一種性能與巴斯夫410相近的減水母液S04B，該款母液與巴斯夫410相比具有較高的性價比，在許多特殊工程中已得到廣泛應(yīng)用。

隨著實際施工的需要，目前國內(nèi)功能型減水劑品種較為繁多，如早強型減水劑及緩凝型減水劑等。

3 緩釋型聚羧酸減水劑

2014年，三峽大學化學與生命科學院崔子亮等[4]通過水溶液自由基共聚法合成出了一種緩釋型的聚羧酸減水劑，該減水劑具有很好的緩釋效果，在35℃高溫條件下水泥凈漿流動度初始可達258mm，1.5h損失僅30mm，緩釋效果顯著。緩釋型聚羧酸減水劑是一種在短時間內(nèi)緩慢釋放的聚羧酸產(chǎn)品，不同于保坍型聚羧酸減水劑的是這類型減水劑在短時間內(nèi)釋放出減水效果后混凝土坍落度便會迅速損失，而不像保坍型那樣坍落度保持能力較好。2016年，科之杰新材料集團有限公司李祥河等[5]通過先酯化再共聚的試驗方法制得了一種緩釋型的聚羧酸減水劑，該減水劑與其它減水劑相比，具有很好的提高混凝土后期保坍性能和早強作用效果，且該減水劑在和易性和分散性上相比于普通減水劑得到了一定程度上的改善。

4 低收縮及減縮型聚羧酸減水劑

混凝土收縮是在混凝土施工過程中常遇見的現(xiàn)象，它是由混凝土表面張力引起的，較大的收縮會嚴重影響混凝土工程質(zhì)量。2013年，北京工業(yè)大學路芳[6]通過酯化和聚合等方法，優(yōu)化減縮單體的酯化工藝及減縮型聚羧酸減水劑的合成配方，合成出了一種具有減水和減縮良好作用效果的減縮型聚羧酸減水劑，該減水劑與普通的聚羧酸減水劑相比，大大降低了其表面張力，且其凈漿流動度效果明顯優(yōu)于普通的聚羧酸減水劑，同時其減縮效果也更加優(yōu)越。

2014年，北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司熊衛(wèi)鋒等[7]也研發(fā)了一種性能更加優(yōu)越的聚羧酸減水劑，其研究指出該減水劑不僅具有很好的減水分散性，而且還具有減縮、保坍等功能，可以說該減水劑是一種多功能的聚羧酸減水劑。

5 降粘型聚羧酸減水劑

高強度混凝土施工過程中，會遇到混凝土粘重，流速慢等現(xiàn)象，這種現(xiàn)象極易造成高層泵送混凝土堵管事故，影響了工地的正常施工并造成較大經(jīng)濟損失，為了滿足實際施工的需要，很多攪拌站或建材公司都會使用一種特殊的外加劑，降粘型聚羧酸減水劑。2016年，江蘇中鐵奧萊特新材料有限公司王毅等[8]通過氧化還原引發(fā)作用設(shè)計分子結(jié)構(gòu)和優(yōu)化合成工藝，自由基共聚合制得了一種降粘型的聚羧酸系高性能減水劑，研究結(jié)果表明該減水劑的降粘能力優(yōu)于普通市售的聚羧酸減水劑，具有優(yōu)異的混凝土低收縮和流動特性，具有較好的應(yīng)用前景。

6 抗泥型聚羧酸減水劑

粘土或石粉是機制山砂特有的成份，不像河砂那樣，含有粘土或石粉的機制砂對聚羧酸減水劑的應(yīng)用影響較大，實際施工難以推廣。粘土或石粉顆粒巨大的比表面積對聚羧酸減水劑有較強的吸附作用，聚羧酸減水劑被吸附后便不能很好的與水泥顆粒結(jié)合從而失去減水效果。因此，抗泥劑一時間成了各國科研工作者研究的重點，但由于粘土或石粉的種類及組分相對復雜，抗泥劑的研究與應(yīng)用未取得明顯進展，再加上抗泥劑的使用明顯提高了單方混凝土的生產(chǎn)成本，許多建材單位及科研工作者重新把目光投向了抗泥型聚羧酸減水劑上。2015年，臺州四強新型建材有限公司葉慈彪等[9]針對聚羧酸減水劑對粘土敏感性高的問題設(shè)計合成了一種抗泥型的聚羧酸減水劑。該實驗研究旨在指出酯基可有效提高聚羧酸減水劑的抗泥性，降低混凝土坍落度損失，這一研究為抗泥型聚羧酸減水劑以后的發(fā)展提供了基礎(chǔ)的理論指導和技術(shù)支持。

2016年，河北三楷深發(fā)科技股份有限公司駱志超等[10]通過往醚類大單體中引入功能型小單體的方法，在氧化還原體系下合成出了一種具有減水率高、混凝土經(jīng)時損失小、硬化混凝土強度高、耐久性好等多種優(yōu)勢的抗泥型低坍損的聚羧酸減水劑。該減水劑中所含有的多種功能性基團使其具有多種普通減水劑所沒有的新功能和優(yōu)異的性能。

但縱觀抗泥型聚羧酸減水劑的發(fā)展，均呈現(xiàn)出對特定砂石的明顯抗泥效果，未有廣泛的普適性和良好的經(jīng)濟性，需要更多科研工作者的繼續(xù)探索。

近幾年聚羧酸減水劑的發(fā)展，除以上簡要概括的幾種類型外，還有三元共聚型、四元共聚型、智慧型、徐放型、微波作用下酰胺型、低溫合成型、低能耗高保坍型、促凝早強型和超級保坍型等多種功能型的聚羧酸減水劑，并都取得了很好的研究成果，極大的拓寬了聚羧酸減水劑的研究領(lǐng)域。

9 展 望

隨著工業(yè)化步伐的逐漸邁進，工程建設(shè)施工的大力發(fā)展，聚羧酸減水劑在我國的應(yīng)用將會更加普遍；但同時聚羧酸減水劑的發(fā)展也處于瓶頸階段，一方面受制于上游原材料聚醚或聚酯的成本限制，聚羧酸減水劑不能更好地推廣與應(yīng)用，很多客戶仍在使用萘系或脂肪族系減水劑，另一方面，聚羧酸減水劑的減水率及保坍性能很難現(xiàn)行基礎(chǔ)上進一步提高，許多的研發(fā)工作都只是在原有體系上的改進，并沒有新的合成體系誕生。

在事物更新?lián)Q代如此之快的今天，聚羧酸減水劑的發(fā)展變化也應(yīng)緊隨工業(yè)化潮流，創(chuàng)新機制，在其合成工藝、合成方法和合成性能等方面現(xiàn)有的聚羧酸減水劑仍有很大的改善空間，工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的飛速發(fā)展，迫切需要一種更高性價比和更高工作性能、適應(yīng)性更廣的聚羧酸減水劑，需要更多科學工作者繼續(xù)努力探索。

[1]溫金保,唐修生,祝燁然,等.超長保坍濕噴混凝土用聚羧酸系減水劑的應(yīng)用性能評價[J].新型建筑材料,2016,43(12):20-24.

[2]黎錦霞,張煒,梁曉彤,等.超級保坍型聚羧酸減水劑的合成及其性能評價[J].廣東建材,2017,33(4):40-43.

[3]鄧磊,沈建榮,謝大銀,等.低敏感綜合型聚羧酸減水劑的合成及性能研究[J].工程技術(shù)，2016(46):246-248.

[4]崔子亮,王艷玲,陳義興,等.緩釋型聚羧酸減水劑的合成和性能研究[J].三峽大學學報(自然科學版),2014,40(1):84-87.

[5]李祥河,官夢芹,康祥.緩釋型聚羧酸減水劑的合成及性能研究[J].福建建材,2016,(1):4-7.

[6]路芳.減縮型聚羧酸減水劑的制備與作用機理研究[D].北京工業(yè)大學,2013.

[7]熊衛(wèi)鋒.減縮型聚羧酸減水劑對水泥基材料收縮性能的影響[J].混凝土,2014,(5):91-92.

[8]王毅,錢珊珊,姜海東,等.低收縮、降粘型聚羧酸減水劑的合成及其應(yīng)用[J].硅酸鹽通報,2016,35(8):2688-2693.

[9]葉慈彪,陳倩倩,徐麗芬,等.抗泥型聚羧酸減水劑的制備及試驗研究[J].住宅與房地產(chǎn),2015,(25):171-172.

[10]駱志超,靳通收,李茜茜,等.抗泥型低坍損聚羧酸減水劑的制備與性能研究[J].粉煤灰綜合利用,2016,(5):37-40.