聚羧酸系高性能减水剂的研究现状与展望

荀武举，吴长龙，辛德胜，王跃松，张 炜，石 岩

（大连市建筑科学研究设计院股份有限公司，辽宁 大连 116021）

聚羧酸系高性能减水剂的研究现状与展望

荀武举，吴长龙，辛德胜，王跃松，张 炜，石 岩

（大连市建筑科学研究设计院股份有限公司，辽宁 大连 116021）

聚羧酸系高性能减水剂是减水剂发展历史上的第三次重大突破。综述了聚羧酸系高性能减水剂的国内外研究情况，介绍了其分子设计原理和性能特点及其实际应用中的问题，并对其今后发展进行了展望。

聚羧酸； 高性能减水剂； 分子设计； 混凝土

混凝土减水剂是混凝土外加剂中应用面最广、使用量最大的一种。聚羧酸系高性能减水剂是继木钙为代表的普通减水剂和以萘系为代表的高效减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂。聚羧酸系高性能减水剂因其减水率高、保坍性能好、掺量低、生产环保等优异性能,适宜配制高强混凝土、高流动性及自密实混凝土。

1 聚羧酸系减水剂的国外研究现状

20世纪80年代，日本开始研发聚羧酸系高性能减水剂，90年代中期正式工业化生产。近年来,日本和欧美一些国家的学者把研究方向主要偏重于开发新型聚羧酸系高性能减水剂及其应用性能等。

Akimotol[1]等采用烯醚基聚氧乙烯马来酸酐或其衍生物共聚，以羧酸为侧链，烷氧基为主链合成聚羧酸系减水剂。

Takahashi[2]等用聚氧烷基衍生物A，不饱和羧酸单体B，含-SO3H的单体C共聚合成聚羧酸系减水剂，并引入硅氧基。

Ferrari[3]等研究了大单体和羧酸类单体的摩尔比对聚羧酸系减水剂性能的影响，他认为减水剂中的羧基在水泥浆体中起吸附作用，聚乙二醇链起分散作用。

图1 聚羧酸系减水剂的分子结构示意图Fig.1 Molecular structure of polycarboxylate type water-reducing agent

2 聚羧酸系减水剂的国内研究现状

国内聚羧酸系减水剂的研究起步较晚, 许多大学和科研院所都进行了大量的研究，并取得了一些成果。

在国内，上海建科院率先研究成功LEX-9型聚羧酸减水剂,LEX-9系列聚羧酸减水剂是通过“分子设计”理论以烯脂类酸、环氧基醚为原料进行分子设计而成。

中国建筑科学研究院经过多年的努力,以丙烯酸、马来酸酐、单甲基聚氧乙烯醚等为原材料采用合理的配方与独到的生产工艺路线,研制出新一代混凝土高性能减水剂 CARB聚羧酸系高性能减水剂。

清华大学、华南理工大学、江苏省建筑科学研究院近年来也相继开展了聚羧酸系高性能减水剂的研究，取得一定成果。从近几年国内对聚羧酸系高性能减水剂的研究成果来看，目前研究主要涉及原材料选择、生产工艺、降低成本及应用等方面，而在聚羧酸系高性能减水剂的作用机理、性能优化等方面的研究有待进一步深入[4-8]。

3 聚羧酸系高性能减水剂的分子设计

聚羧酸类减水剂的分子结构设计是在分子主链上形成侧链并在侧链上引入强极性基团如:羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等,使分子具有梳型结构。通过极性基与非极性基比例调节引气性,一般非极性比例不超过 30%; 通过调节聚合物分子量增大减水性、质量稳定性;通过调节侧链分子量,增加立体位阻作用而提高分散性保持性能。

4 聚羧酸系高性能减水剂的性能特点

聚羧酸系高性能减水剂的分子结构呈梳形，侧链较长，在性能方面主要特点有：(1) 掺量低、减水率高。减水率可高达40%，可用于配制高强以及高性能混凝土。(2) 混凝上拌合物的坍落度损失小，对于商品混凝土的长距离运输及泵送施工有利。(3)混凝上收缩小，可显著提高混凝土体积稳定性及耐久性。（4） 产品绿色环保：产品无毒无害，是绿色环保产品，有利于可持续发展。（5） 碱含量极低：碱含量≤0.2%。

5 聚羧酸系减水剂应用中的问题

（1）聚羧酸系减水剂的复合与复配

实践表明，为了有效改善聚羧酸系减水剂混凝土新拌性能、减小坍落度损失、减少泌水、提高早期强度等，除了采用合成工艺来实现，还可以通过简单有效的聚羧酸产品间的复合以及与其他外加剂或组分复配来改善和提高，包括不同类型的聚羧酸系减水剂的组合、复配成分包括缓凝剂(常用的有葡萄糖酸钠、柠檬酸、糖类、酒石酸等)、保水、早强、消泡、引气组分等，目的是实现各组分的协同作用、叠加作用、配伍效应[9]。

（2）聚羧酸系减水剂的适应性问题

聚羧酸系减水剂在应用过程中，存在对混凝土中水泥、砂、掺和料甚至水的适应性问题。如何解决或改善其适应性，仍然需要在合成和复配方面进行大量的研究和实践。聚羧酸系减水剂受砂含泥影响比较敏感，应引起足够重视。

（3）聚羧酸系减水剂对混凝土工作性的影响

混凝土工作性是指混凝土在制备拌和、运输、浇铸施工时的性能好坏。混凝土工作性除了流变性质比如粘度、屈服应力之外，另一重要性能是保塑性，还包括混凝土是否泌水泌浆、沉降离析、扒底、泵送浇铸难易等等。在有的工程中，掺聚羧酸系减水剂的混凝土会出现泌水、沉降、难泵送等问题，因此，聚羧酸系减水剂对混凝土工作性的综合影响的仍需要深入研究[10]。

6 聚羧酸系高性能减水剂的展望

随着高分子合成、分子结构表征及现代检测技术的提高,通过嫁接方式,将带活性基团的侧链直接嫁接到聚羧酸系高性能减水剂的主链上,使其同时具有高减水、控制坍落度损失和抗收缩、不影响水泥的凝结硬化等多种功能。嫁接技术用于聚羧酸系减水剂的研究将是对传统减水剂合成技术的突破,具有广阔的发展前景。

从目前情况来看,必须加强聚羧酸系减水剂的基础研究，深入研究聚合物的支链和主链对减水、保坍、引气、缓凝等性能的影响，优化聚合工艺，加强对保坍型聚羧酸系减水剂、低粘度的聚羧酸系减水剂、抗硫酸盐干扰的聚羧酸系减水剂、用于快硬水泥聚羧酸系减水剂的研究，加强聚羧酸系减水剂应用技术的研究，同时开展聚羧酸系减水剂与传统减水剂的协同效应研究和聚羧酸系减水剂的复配研究。

近年来，聚羧酸系高性能减水剂在高速铁路、港日码头、水电大坝、市政工程等许多重点工程中得到广泛应用，有着广阔的应用前景，将进一步朝着高性能多功能化、生态化、国际标准化方向发展。

[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，冯乃谦，王栋民,等.梳状聚羧酸系减水剂的制备、表征及其作用机理[J].硅酸盐学报，2005，33(1)：87-92.

[5] 马保国，谭洪波，廖国胜,等.聚羧酸系高性能减水剂的合成工艺研究[J].国外建材科技，2006（2）：30-33.

[6] 郑国峰.一种聚羧酸型高效减水剂的实验研究[J].混凝土与水泥制品，2001(2):7-8.

[7] 卞荣兵，缪昌文.聚羧酸高效减水保坍剂的研制与应用[J].化学建材，1999(6):36-37.

[8] 陈桂林，陶晓琳，王刚.聚羧酸类LEX-9 高性能减水剂性能分析及应用[J].混凝土，2002(10):62.

[9] 王斌，黎思幸.聚羧酸系高性能减水剂的技术开发与应用[J].混凝土，2010(7):147-149.

[10] 孔祥明,曹恩祥,侯珊珊.聚羧酸减水剂的研究进展[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

荀武举（1978-），男，辽宁大连人，工程师，1978年毕业于大连理工大学高分子材料专业，研究方向：从事化学建材技术工作。E-mail：xwjsea@163.com。