聚羧酸減水劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題

倪 琳

聚羧酸減水劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題

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）

綜述了聚羧酸減水劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題, 認為利用聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性的特點，合成高固含量聚羧酸減水劑是聚羧酸減水劑未來發(fā)展的方向。

減水劑；聚羧酸；分子結(jié)構(gòu)

同傳統(tǒng)的萘系，三聚氰胺系，氨基磺酸系減水劑相比，聚羧酸減水劑的優(yōu)點在于它與混凝土極佳的和易性和施工性，賦予水泥很高的強度和耐久性，而且聚羧酸系高性能減水劑還同時具有優(yōu)異的技術(shù)性能和環(huán)保特性，滿足混凝土建筑施工的要求。聚羧酸減水劑是以丙烯酸或甲基丙烯酸為主鏈,接枝不同側(cè)鏈長度的聚醚，或者是以馬來酸酐為主鏈接枝不同側(cè)鏈長度的聚醚制備而成的，也就是說上述兩種合成路線都要用到環(huán)氧乙烷的下游產(chǎn)品聚醚，如聚乙二醇單甲醚、烯丙醇聚氧乙烯/聚氧丙烯醚、異戊烯醇聚氧乙烯醚、異丁烯醇聚氧乙烯醚等。

1 國內(nèi)外聚羧酸減水劑研究現(xiàn)狀

1.1 國外對聚羧酸減水劑的研究

在高效減水劑領(lǐng)域，目前國外的科研機構(gòu)已將研究的重點從萘系高效減水劑領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到聚羧酸系高性能減水劑領(lǐng)域，因此聚羧酸減水劑歐美日等國家目前高性能減水劑的重點研究方向，而且已經(jīng)在市場上投放了多種型號的高效減水劑[1-3]。通過檢索近些年來國外雜志公開發(fā)表的高效減水劑論文可以發(fā)現(xiàn)，歐美日地區(qū)的學者發(fā)表的聚羧酸系高效減水劑應(yīng)用方向的科研論文有逐年增多的趨勢，研究的重點主要集中于如何提高混凝土的易活性以及硬化后混凝土的強度，其他的減水劑應(yīng)用方法等。

在聚羧酸減水劑應(yīng)用領(lǐng)域，日本目前走在世界所有國家的前面，研究和應(yīng)用成果日益成熟。在1995 年，日本的聚羧酸減水劑的使用量就已經(jīng)超過了傳統(tǒng)萘系高效減水劑，而到了 2001 年，聚羧酸減水劑用量已經(jīng)占到高效減水劑使用量的八成以上，著名的品牌包括花王、日本制紙[4]等。20世紀90年代初，歐美也開始重點開發(fā)聚羧酸減水劑，聚羧酸減水劑的使用量在2008 年時也約占到了歐美減水劑總量的20%左右[5]，同時也出現(xiàn)了很多著名的品牌，如美國的 GRACE 公司、瑞士 SIKA 公司等。歐美日聚羧酸減水劑的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括配合高強混凝土、高流動性自密實混凝土、超高強混凝土、大體積混凝土、特種混凝土和水中不分散混凝土等幾個方面。同其他高效減水劑相比，聚羧酸系減水劑的優(yōu)點在于：減水率高，混凝土坍落度損失小，混凝土的黏度低且易流動。因此，聚羧酸減水劑在工程領(lǐng)域應(yīng)用范圍日益擴大。例如，在歐美國家的工程應(yīng)用領(lǐng)域，通過使用聚羧酸減水劑已經(jīng)可以配制出C100以上的超高強高性能混凝土，在高層建筑中，通過纖維增強的方法甚至可以使混凝土強度提高到 200 MPa。

1.2 國內(nèi)對聚羧酸減水劑的研究

我國使用萘系高效減水劑約有20年左右的歷史，這種減水率的缺點是減水率，水泥的坍落度損失太快，所以很難滿足工程應(yīng)用領(lǐng)域多元化的施工要求。另外，合成萘系減水的原料價格不斷上漲，資源日益減少，因此，研制性能更好，價格更低的萘系減水劑替代品變得日益迫切。目前，通過科研人員的不斷努力，我國已成功研制并生產(chǎn)出高性能的聚羧酸減水劑，并成為我國混凝土外加劑領(lǐng)域的重要品種。多年來，我國的相關(guān)部門不斷通過修訂標準、開展試點等方法試圖推廣應(yīng)用高性能混凝土，但是高性能混凝土的用量在建筑領(lǐng)域混凝土總體用量中所占比例依然不高，據(jù)統(tǒng)計高性能混凝土用量不到混凝土年消耗總量的 1％，應(yīng)用領(lǐng)域也僅限于大跨、超高層建筑和重點海工橋梁混凝土中。

面對中國龐大的高性能減水劑市場，已有十多家國外知名的混凝土外加劑公司近年來開始進入我國建筑市場，開始以各種投資形式在國內(nèi)建立了生產(chǎn)基地或者直接銷售其產(chǎn)品。即使是這樣，在我國的建筑工程領(lǐng)域，聚羧酸減水劑的應(yīng)用比例依然很低，主要原因還是這類減水劑的價格遠遠高于固體粉劑萘系減水劑的價格，以固含量為30%的聚羧酸減水劑為例，其銷售價格約為1萬元/噸。不可否認，國外聚羧酸減水劑的應(yīng)用對我國減水劑市場發(fā)展具有積極的推動作用，這必將促進我國高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)和包括減水劑在內(nèi)的化學外加劑應(yīng)用進一步升溫。

目前，在我國東部沿海地區(qū)，聚羧酸減水劑正逐漸成為混凝土減水劑的主要品種，是重點工程項目高性能混凝土減水劑中首選化學外加劑[6]。由于我國幅員遼闊，地質(zhì)復(fù)雜，從而造成我國在聚羧酸減水劑用量不斷增長和應(yīng)用范圍不斷擴大的同時，也出現(xiàn)了水泥品牌與水泥砂石骨料匹配的問題，這就要求聚羧酸減水劑要與不同牌號的水泥、地材應(yīng)相互匹配，這也說明我國在聚羧酸減水劑應(yīng)用領(lǐng)域還有很多研究工作要做。到2020年，聚羧酸減水劑占我國減水劑使用總量的比率已經(jīng)增加到30%，同發(fā)達國家相比依然有很大的發(fā)展空間。

2 聚羧酸減水劑應(yīng)用中存在的問題

雖然聚羧酸減水劑性能優(yōu)異，而且國外有很多成功的工程應(yīng)用案例，但聚羧酸減水劑在我國的工程應(yīng)用中仍然存在許多問題，還需要進一步開展研究。

2.1 聚羧酸減水劑與水泥等相容性差

聚羧酸減水劑具有優(yōu)良的減水分散效果，因此可以用來配制低水膠比的混凝土，此時聚羧酸系高性能減水劑與水泥的相容性差的問題比較突出，甚至相容性很差，會出現(xiàn)混凝土快速硬化和坍落度損失速度加快等現(xiàn)象；或者出現(xiàn)同一種聚羧酸減水劑與不同廠家的水泥應(yīng)用效果差距很大的現(xiàn)象。不僅如此，聚羧酸減水劑同混凝土中的其他助劑之間的相容性也不好，也就是說混凝土中的其他助劑會明顯影響聚羧酸減水劑的應(yīng)用性能。

所以，我們可以利用聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性，合成工藝的可調(diào)性以及聚羧酸聚合物之間復(fù)配性能好的特點，開發(fā)出多特性聚羧酸系列減水劑，這可以根本上解決聚羧酸減水劑與混凝土原料適應(yīng)性差的問題?？傊镁埕人釡p水劑化學結(jié)構(gòu)和性能可調(diào)的特性，借助于合理的分子設(shè)計手段制備出指定結(jié)構(gòu)和性能的聚羧酸系減水劑，可以解決兩者相容性差的問題。

2.2 聚羧酸減水劑的儲運問題

聚羧酸減水劑主要以20%～40%的水溶液的形式供貨，因此包裝、儲運成本較高。因此生產(chǎn)高固含量的聚羧酸減水劑可以極大地節(jié)約包裝與儲運成本。通過真空抽吸等工藝可以獲得高固含量達到60%左右的產(chǎn)品，但這種方法生產(chǎn)效率比較低，能耗大。如果采用高濃度單體直接合成共聚，能夠顯著可以降低生產(chǎn)能耗與運輸成本，但從反應(yīng)機理的角度來講，這種方法存在反應(yīng)體系黏度過大，容易出現(xiàn)自動加速現(xiàn)象造成減水劑分子量過大而影響減水率。所以，在高濃度單體環(huán)境下共聚如何制得聚羧酸減水劑是未來研究的主要方向。

另外，在某些建筑領(lǐng)域，需要選用粉狀高效減水劑時，那么，傳統(tǒng)的聚羧酸減水劑在后續(xù)的干燥制粉過程中，減水劑分子會繼續(xù)反應(yīng)生成分子量更高的物質(zhì)，導致性能變差。因此，通過后續(xù)的噴霧干燥的方法制備粉狀產(chǎn)品在工程領(lǐng)域具有重大意義。

3 結(jié)束語

聚羧酸減水劑具有優(yōu)良的減水性能，還可以解決混凝土在引氣、緩凝、泌水等方面的問題。根據(jù)目前國內(nèi)外聚羧酸減水劑的應(yīng)用現(xiàn)狀，我們認為合成高固含量聚羧酸減水劑，并研究聚羧酸減水劑的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，可明顯提高我國在聚羧酸減水劑領(lǐng)域的理論水平，使之具有更廣闊的應(yīng)用前景。

［1］馮中軍, 傅樂峰. 聚羧酸高效減水劑的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究[J].化學建材,2006,22(2):39-42.

［2］雷愛中.聚羧酸減水劑的研究[D].武漢工業(yè)大學北京研究部，2000:1-8.

［3］冉千平,游有鯤,周偉玲,等.聚羧酸類高效減水劑現(xiàn)狀及研究方向[J].新型建筑材料，2001(12):25-27.

［4］姜國慶.日本高性能AE減水劑的研究進程及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].化學建材,2000(2):42-44.

［5］王玲,田培,白杰,等.我國混凝土減水劑的現(xiàn)狀及未來[J].混凝土與水泥制品，2008（5）:1-7.

［6］溫浩,隋曉宏,歐杰,等.自密實高性能混凝土在澳門觀光塔工程中的應(yīng)用[J].中國建材科技, 2000(5):13-17.

Application Status and Existing Problems of Polycarboxylic Acid Water Reducer

（Liaoning Petroleum Chemical Industry Planning & Designing Institute Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110004, China）

The application status and existing problems of polycarboxylic acid water reducer were summarized, and the synthesis of high solid content polycarboxylic acid water reducer based on the designability of their molecular structures was considered as the future development direction of polycarboxylic acid water reducer.

Water reducer; Polycarboxylic acid; Molecular structure

2020-10-09

倪琳（1975-），女，高級工程師，碩士，遼寧省沈陽人，2007年畢業(yè)于佩斯里大學環(huán)境與廢物管理專業(yè)，研究方向：化工設(shè)計。

TQ 085

A

1004-0935（2020）12-1548-03