聚羧酸混凝土減水劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

董長悅

摘要：聚羧酸減水劑因為自身具備的優(yōu)勢，在我國混凝土制備中得到廣泛應用。如今聚羧酸減水劑已經(jīng)成為混凝土中的重要組成部分，因此，針對聚羧酸減水劑未來發(fā)展要給予更多關(guān)注。在未來可以將重點放在加強工藝過程優(yōu)化、加強系列化產(chǎn)品研發(fā)等環(huán)節(jié)中。

關(guān)鍵詞：聚羧酸;混凝土;減水劑

減水劑已經(jīng)成為混凝土中的重要成分，從減水劑中的使用中可以看出屬于重要外加劑。隨著社會的不斷發(fā)展，有關(guān)減水劑的研究不斷深入。木質(zhì)素磺酸鹽減水劑、松香酸鈉減水劑、硬脂酸皂減水劑等出現(xiàn)在20世紀30年代這一階段中，此類減水劑屬于第一代減水劑。在二十世紀六十年代，出現(xiàn)第二代減水劑，包括萘系減水劑、三聚氰胺系減水劑等，此時，隨著社會的不斷發(fā)展，減水劑的性能也得以優(yōu)化與完善，這也是減水劑在混凝土工程施工中廣泛應用的重要原因。聚羧酸系減水劑在20世紀80年代被研發(fā)出來，人們將其定為第三代減水劑。聚羧酸系減水劑自身有種眾多優(yōu)勢，比如，減水率高、改善混凝土孔結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢。能夠?qū)崿F(xiàn)對混凝土坍落度的有效控制，避免引氣、緩凝等情況出現(xiàn)。

1、聚羧酸混凝土減水劑作用機理分析

對于聚羧酸混凝土減水劑的作用機理，本文主要從以下幾點進行闡述與分析：

（1）在使用過程中，減水劑會在水泥顆粒表面吸附，形成聚合物加強水化膜，該水化膜具有一定厚度。聚合物加強水化膜的強度會受到不同因素影響，比如，聚合物親水能力影響、親水測量長度影響、親水基團濃度影響等。在靠近吸附層過程中，水泥顆粒會逐漸重疊，使得不同顆粒之間發(fā)生排斥反應，重疊多，說明排斥力較大。在水泥顆粒表面會吸附聚羧酸混凝土減水劑，盡管靜電斥力較小，因主鏈與水泥顆粒表面相互連接，支鏈在延伸后，會在液相中形成聚合物分子吸附層，空間位阻斥力也因此增大，在摻量較小情況下，那么對于水泥顆粒能夠具備較強分散效果。

（2）靜電斥力。聚羧酸混凝土減水劑是由不同物質(zhì)構(gòu)成，比如，磺酸基、羧基?；撬峄?、羧基能夠?qū)崿F(xiàn)有效吸附與靜電斥力，促使減水劑分子能夠朝著水泥顆粒表面吸附。親水基團因為具有電離作用，會使得水泥顆粒表面帶電性相同電荷，形成雙電層。水泥顆粒在相互靠近過程中，電層能夠?qū)崿F(xiàn)相互重疊，顆粒之間也會產(chǎn)生靜電斥力。此時，水泥顆粒絮凝結(jié)構(gòu)會發(fā)生解體情況，顆粒具有較強分散性，將自由水在絮團中釋放，使得拌合物流動性可以得到保障。

（3）潤滑作用。在聚羧酸混凝土減水劑中包含羧基、磺酸基、氨基等基團，極性基團有一定親水性能，會與水分子結(jié)合形成氫鍵，從而保證水泥顆粒表面濕潤性，促使水分能夠直接滲透到孔隙當中。水泥顆粒表面在吸附減水劑分子后，在其表面能夠形成溶劑水化膜，生成的水化膜會對破壞水泥顆粒絮凝，水泥顆粒因較為分散，從而阻礙正常絮凝。

（4）引氣隔離。聚羧酸混凝土減水劑在應用中具有眾多優(yōu)勢，例如，降低液氣界面張力優(yōu)勢，由此也可以了解到，該種類型減水劑能夠形成良好引氣效果。在混凝土拌和中，對此類減水劑進行合理應用，在固液界面中能夠?qū)崿F(xiàn)吸附，拌合物中也會產(chǎn)生小氣泡。在氣泡液界面當中，減水劑分子采用的是定向排列方式，在氣泡表面還可以生成水化膜。不僅氣泡之間會產(chǎn)生靜電斥力，氣泡與水泥顆粒之間也會產(chǎn)生靜電斥力，隔離作用會在水泥顆粒上發(fā)生，實現(xiàn)對水泥顆粒絮凝的阻止。氣泡自身具有的滾珠作用與浮托作用，更好實現(xiàn)水泥顆粒與骨料之間的相對滑動。基于此，通過和易性，為后續(xù)工作開展提供保障。

2、合成方法分析

在聚羧酸混凝土減水劑合成中，可以采用很多不同合成方式，本文主要從以下幾點進行闡述（如圖一）：

（1）大分子單體合成方式。大分子單體合成方式的作用原理主要是先酯化后聚合，通俗來講就是利用酯化反應，將具有聚合活性的大分子單體制備出來，并按照相應配比與單體之間進行混合，可以直接使用融合聚合方式，得到相應成品[1]。聚羧酸混凝土減水劑的合成關(guān)鍵是，能夠合成高質(zhì)量大分子單體，這一工作的落實也會對聚羧酸混凝土減水劑性能產(chǎn)生直接影響。該種合成工藝方式盡管看起來較為簡單，但在其中涉及到分離純化這一過程，不僅工作內(nèi)容較為繁瑣，而且會花費很多成本。

（2）大分子反應合成方式。大分子反應合成方式的作用原理是先聚合后酯化，與大分子單體合成方式相反。也就是說將已知相對分子質(zhì)量的聚羧酸制備出來，在催化劑的影響下，使用已知相對分子質(zhì)量聚醚，在較高環(huán)境溫度下，利用酯化反應實現(xiàn)對聚羧酸的接枝。聚羧酸產(chǎn)品規(guī)格與產(chǎn)品種類較為有限，因此，組成與相對分子質(zhì)量調(diào)整工作較為困難。聚羧酸與聚醚之間的相容性不佳，這為具體酯化操作帶來很大影響。酯化反應的不斷推進，會有很多水溢出，從而產(chǎn)生分離現(xiàn)象[2]。在此背景下，需要使用聚醚單醇或者聚醚二醇，使得聚羧酸相容問題得到更好解決。比如，可以使用單體苯乙烯實現(xiàn)聚合，接著針對共聚物進行酯化、磺化，這樣可以獲得聚羧酸減水劑，該減水劑具有良好分散性能，將其應用在混凝土制備中，可以提升混凝土保坍性能。

（3）原位聚合與接枝方式。原位聚合與接枝方式能夠?qū)崿F(xiàn)聚合、酯化之間的有機結(jié)合，就是將聚醚作為羧酸類不飽和單體的實際反應介質(zhì)，這樣不飽和單體會發(fā)生聚合反應與酯化反應，將聚羧酸與聚醚存在的相容性不佳問題更好解決。比如，可以將丙烯酸單體、引發(fā)劑混合溶液，逐漸滴入到相對分子質(zhì)量是2000的甲氧基聚乙二醇水溶液中，在六十攝氏度的文地下反應四十五分鐘后，要將溫度上升到一百二十攝氏度，在N2的保護之下，會將其中的水分去除，這一操作大約為五十分鐘[3]。與此同時，催化劑需要升溫，溫度升高至一百六十五攝氏度即可，在這一溫度下反應一小時，這樣可以得到接枝成品。使用該種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對聚合物相對分子質(zhì)量的有效控制，同時合成工藝較為簡單，花費更少成本，但往往只能先用含羧基單體，這樣才能更好實現(xiàn)接枝。

3、聚羧酸混凝土減水劑發(fā)展趨勢分析

聚羧酸混凝土減水劑擁有著屬于自身的優(yōu)勢，具體如表一所示，比如，摻量較低、保坍性較好等。因此，在混凝土制備等工作中得到廣泛關(guān)注，在未來聚羧酸混凝土減水劑的發(fā)展，本文主要從以下幾點進行分析：

要將減水劑優(yōu)勢發(fā)揮出來，并發(fā)揮引氣隔離滾珠作用，改善混凝土拌合物

（1）加強工藝過程優(yōu)化。針對現(xiàn)有聚羧酸混凝土減水劑，需要進行性能優(yōu)化，為實現(xiàn)這一目的要做好工藝工程優(yōu)化工作[4]。在聚羧酸混凝土減水劑合成期間，會涉及到酯化與聚合兩部分內(nèi)容，如果在酯化期間使用價格相對較低的聚乙二醇，那么很容易出現(xiàn)交聯(lián)情況。在此背景下，需要對不同影響因素，比如，反應溶劑影響因素、反應物濃度影響因素、反應溫度影響因素等進行全面分析與研究，從而降低反應交聯(lián)，促使工業(yè)生產(chǎn)條件可以得到滿足，節(jié)約更多生產(chǎn)成本與建設成本。

（2）加強系列化產(chǎn)品研發(fā)。聚羧酸混凝土減水劑想要實現(xiàn)自身更好發(fā)展與應用，需要做好系列化產(chǎn)品研發(fā)工作，研發(fā)出具有聚羧酸混凝土減水劑性能特點的聚羧酸系聚合物產(chǎn)品。針對土木工程施工中的預拌混凝土，可以研發(fā)專門的聚羧酸系減水劑?？梢圆惶嵘郎p水率，但是要保證混凝土自身可以具備良好性能，不會出現(xiàn)沁水現(xiàn)象或者離析現(xiàn)象等。特定功能聚羧酸混凝土減水劑研發(fā)，是減水劑未來發(fā)展的重點方向。

（3）加強分子結(jié)構(gòu)研究設計。聚羧酸混凝土減水劑往往是具有梳狀結(jié)構(gòu)特點，在梳型側(cè)鏈中會與陰離子、非離子之間相連，屬于混合型表面活性劑。在對單體種類、反應條件或者比例進行調(diào)整過程中，能夠獲得不同性能以及特性的聚羧酸混凝土減水劑。在此期間，通過聚合物分子設計，能夠?qū)崿F(xiàn)對梳型聚合物主鏈鏈長、官能團鏈長的有效控制，更好解決緩凝問題與引氣問題。

（4）加強復合型減水劑研究。從當前我國市場發(fā)展中可以看出，包含很多不同類型減水劑，但很多減水劑由于受到結(jié)構(gòu)等因素影響，使得混凝土保坍性受到影響，例如，萘系減水劑。而聚羧酸混凝土減水劑雖然具備良好保坍性，同時與水泥之間具有良好適應性，但因為其價格較高，使其應用范圍受到影響[5]。基于此，在未來聚羧酸混凝土減水劑發(fā)展中，要將研發(fā)復合型高效減水劑作為重點，將不同類型減水劑優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，這樣才能實現(xiàn)對混凝土性能的優(yōu)化與完善。使得減水劑在工程施工中的應用，具有更多選擇性，推動各項施工工作的順利進行。

結(jié)束語：

綜上所述，在混凝土制備中聚羧酸減水劑的應用，可以完善混凝土性能，提升工程項目質(zhì)量。因此，為使得聚羧酸減水劑的性能可以得到進一步深化，需要加強復合型減水劑研究、加強分子結(jié)構(gòu)研究設計，使得聚羧酸減水劑可以在混凝土制備與施工中得到廣泛應用。

參考文獻：

[1]王彥鵬.高性能混凝土中聚羧酸減水劑研究與應用[J].中國建材科技，2021，30（04）：58-60.

[2]王君峰.早強型聚羧酸減水劑對水下灌注樁性能的影響研究[J].黑龍江水利科技，2021，49（07）：43-45+49.

[3]逄魯峰，陳炳江，郎慧東，常青山，黃龍劍.一種新型降黏型聚羧酸系減水劑的制備與性能研究[J].新型建筑材料，2021，48（06）：73-77.

[4]沈焱，錢佳佳，時磊，劉凱.聚羧酸減水劑和乳膠粉對透水混凝土性能的影響研究[J].混凝土世界，2021（06）：74-77.

[5]程建光，廖文龍，周妍.聚羧酸高性能減水劑比對優(yōu)選的初步探索[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（S1）：1407-1410.