聚羧酸系减水剂研究与应用新进展

【摘要】当前，聚羧酸系减水剂正在逐渐成为配制高性能混凝土的首选外加剂。本文首先简要介绍了聚羧酸系减水剂的结构及其性能特点，随后探讨了聚羧酸系减水剂研究与应用新进展，希望这些观点能够有效促进聚羧酸系减水剂的推广和应用。

【关键词】聚羧酸系减水剂；混凝土；聚醚大单体

1 聚羧酸系减水剂的结构及其性能特点

聚羧酸系减水剂（Polycarboxylate Superplasticizer）是一种绿色环保且性能良好的新型减水剂，其组合单元可以通过改变结构主链上的功能性侧基，衍生了多种不同特性的高性能减水剂产品，主要可以分为以丙烯酸或甲基丙烯酸为主链和以马来酸酐为主链的两种类型。与传统的木质素磺酸盐类外加剂、萘系磺酸盐甲醛缩合物、氨基磺酸盐甲醛缩合物等减水剂相比，聚羧酸系减水剂的分子结构呈现的是梳型，且分子结构自由度较大，具有高度的灵活性和适应性，能够依据具体需求配置出具有针对性功能型减水剂，是配置高性能混凝土的理想外加剂。将其应用到实际的混凝土拌合过程中，能够有效缩短其凝结时间，维持坍落度的稳定性，减少有毒气体和废液的排放，避免资源浪费，降低制备成本。

2 聚羧酸系减水剂研究与应用新进展

2.1 聚羧酸系减水剂用聚醚大单体研究与应用进展

在我国，最初的关于聚羧酸系减水剂的功能大单体的研究主要集中在MPEG 与不饱和羧酸的酯化物（M）AA-MPEG 脂类大单体之中，随着我国的社会需求和市场经济的发展，在该领域逐渐开发出更具有实用性和经济性的醚类大单体，并随着对丙烯基聚氧乙烯大单体的研究的投入，聚羧酸系减水剂的生成流程和工艺也得到了显著的简化。近期，随着异戊烯醇开端（TPEG）与异丁烯醇开端（HPEG）的聚氧乙烯大单体的相继推出，聚羧酸产品在减水率和防坍性能上得到了长足的发展，以TPEG 与HPEG 聚氧乙烯大单体为主要原材料的聚羧酸系减水剂在市场竞争中逐步占据了优势地位[1]。聚醚生产企业在主要从大单体聚合性能和调整聚氧乙烯链性能的两个角度，对聚醚大单体进行开发，目前已经得到的色会认可的新型聚醚主要为：嵌段聚醚、低引气型聚醚、酰胺封端及含有磷酸官能团，这些新型的聚醚产品能够克服引气剂、消泡剂与减水剂相容性较差的弊端，并一定程度上改善减水剂与混凝土原材料的适应性问题。

2.2 聚羧酸系减水剂制备技术研究进展

现阶段，对于聚羧酸系减水剂的合成主要采用的是水溶性自由基聚合，在这样的客观条件下，优化减水剂准备技术，强化对共聚单体、引发体系以及链转移剂的灵活选用会对聚羧酸减水剂的性能产生重要的影响。在共聚单体的选择上，由于大单体的种类相对较为单一，因而，在聚合实验中，需要首先依据研究目标确定大单体的种类，再选取与之相匹配的功能小单体和链转移剂，不同的大单体，尽管反应属性不同，但是其位阻效应机理是相同的。在引发体系的选择上，落实对温度的控制具有一定的现实意义，在该领域的研究初期，大多选用过硫酸铵或过硫酸钾作为引发剂，其反应温度在60℃ ~80℃的区间范围之内。近期，为了响应国家生态文明建设的号召，开发了新型聚乙二醇接枝和以水溶性氧化- 还原体系和为主的低温（10℃ ~30℃）的聚羧酸合成产品。其中，过氧化氢、氢过氧化物、亚硫酸钠、葡萄糖、草酸等是该水溶性氧化- 还原体系的典型代表。国内对于羧酸系减水剂合成的文献资料中，对氧化还原引发体系的研究主要集中在硫酸铵- 抗坏血酸、过硫酸铵- 还原糖、双氧水- 抗坏血酸等方面，涉及到的聚醚大单体为APEG、TPEG 和HPEG，并且以过硫酸铵为氧化引发剂，其温度反应普遍较低。热引发中引发剂浓度与时间关系的公式为：

2.3 聚羧酸系减水剂产品功能和系列化研究与应用进展随着我国现代化建设的不断推进，社会对聚羧酸减水剂的性能提出了更高的要求，缓释型、低引气型、低粘度型等具备特殊工程的聚羧酸减水剂逐渐应用到土木工程的建设之中。其中，缓释型减水剂能够有效延长对水泥颗粒分散作用的时间，可以使混凝土的坍落度在一定时间内保持不变；低引气型减水剂能够极大的降低混凝土内的含氧量，增强混凝土的强度和含氧量；低粘度型减水剂不仅能够满足高强混凝土减水、坍落度保持的性能要求，而且能够大幅度降低混凝土粘度，明显改善高强混凝土的工作性能。一直以来，混凝土的坍落度问题一直是预拌混凝土企业亟待解决的问题，特别是在夏季的高温时段，混凝土坍落度超标现象更为突出[2]。将新型的聚羧酸系减水剂应用到混凝土的预制过程之中，能够提高混凝土的体积稳定性，其高减水能力和良好的流动性保持能力，可以进一步降低混凝土的干燥收缩，均匀的小气泡和适当的含氧量有利于提高新拌混凝土的工作性能，不但可以保障预拌混凝土坍落度在长时间交通运输后的稳定性，而且能够避免在高温环境下由于拌合水的蒸发而导致的混凝土坍落度损失问题。例如，对于低引气型聚羧酸减水剂，在制备过程中，将消泡功能基团通过化学聚合方式，直接引入羧酸酸单体之中，能够有效降低新拌混凝土的含氧量，规避混凝土分层风险，提高其稳定性和耐久性。相较于普通的聚羧酸减水剂，能够在不加入消泡剂的条件下，满足含氧量小于3.0% 的指标（表1）。

2.4 粉状聚羧酸系减水剂制备技术

聚羧酸减水剂具有良好的亲水性功能，易与水发生化学反应形成氢键的聚氧乙烯侧链，有利于提高混凝土拌合物的稳定性，但是其卓越的吸水性和保水性特征也为粉状聚羧酸减水剂的制备带来了一定的困难。通过提高聚羧酸减水剂的反应浓度和应用真空抽吸工艺，能够有效降低粉状聚羧酸系减水剂产品的包装和运输成本，但是对于灌浆、干粉砂浆以及粉状涂料行业等领域，液态聚羧酸超塑化剂的适配性较差，在具体应用的过程中具有一定的局限性，难以替代传统的粉状减水剂的功效。为了消除聚羧酸减水剂在制成粉状产品过程中存在的缺陷，在生产制备过程中，添加硅酸盐水泥、碳酸钙、氧化硅凝胶等无机粉末材料，能够有效改善聚羧酸的成粉性和粘聚性，值得注意的是，在具体的制备过程中，无机粉末材料会沉淀在产品的底部，需要不断的搅拌以促进其与聚羧酸减水剂的相容，避免混合液分层。当然，最佳的方式，是利用化学反应在聚羧酸分子中引入具有疏水性功能的基团，从根本上降低聚羧酸的吸水性和保水性，从而有效提高聚羧酸系减水剂的成粉几率。

结论：

综上所述，聚羧酸系减水剂在混凝土工程中的应用已经成为社会关注的焦点，落实对聚醚大单体、制备技术和产品研究等方面的研究和应用，能够有效提高混凝土的综合性能，如流动性、耐久性、穿越钢筋能力和抗离析能力，避免空洞、蜂窝、麻面、寿命短等缺陷。

参考文献：

[1] 杜秀镜. 聚羧酸高性能减水剂在混凝土中的应用[J]. 四川水泥，2018（08）：314.

[2] 陈志国. 浅谈聚羧酸减水剂应用中的若干问题及其改善方法[J]. 科技风，2018（22）：135

[3] 陈雁群. 聚羧酸型减水剂的复配对混凝土性能的影响[J].

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[4] 陈志国. 浅谈聚羧酸减水剂应用中的若干问题及其改善方法[J]. 科技风，2018（22）：135.

[5] 霍龙，景延会，朱旭，张扬. 混凝土减水剂的研究进展综述[J]. 价值工程，2018，37（24）：271-272.

[6] 靳华蕾，宫艳超，蒋磊，成莞莞. 混凝土聚羧酸高效减水剂的发展现状[J]. 天津化工，2018，32（04）：4-5.