摘 要

聚羧酸系高效減水劑較其他減水劑而言具有一系列優(yōu)點(diǎn)，在混凝土工程領(lǐng)域中 應(yīng)用十分廣泛。為了解釋聚羧酸系減水劑的高減水率以及工程應(yīng)用中存在問題，文章分析了聚羧酸系減水劑的作用機(jī)理和減水效果影響因素以及總結(jié)了亟需解決的技術(shù)問題。

0 前言 

混凝土外加劑的使用已有近七十年的時(shí)間，在美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和日本等發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，混凝土外加劑的使用率高達(dá) 80% 左右。目前，我國(guó)的混凝土外加劑的發(fā)展具有起步晚、使用率低以及科技含量低等特點(diǎn)。隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施 （公路、市政、鐵路、大壩和房建等）的大規(guī)模建設(shè)，混凝土使用數(shù)量十分龐大。隨之，混凝土外加劑的發(fā)展亦進(jìn)入高速階段。 

混凝土外加劑是一種在混凝土攪拌之前或拌制過程中加入的且用以改善混凝土物理力學(xué)和工作性能的材料。混凝土外加劑的種類較多，使用具有相應(yīng)功能的的外加劑，目的是為了改善混凝土 在未使用該功能外加劑前的該功能不足 或者優(yōu)化混凝土的整體性能?；炷翜p水劑的使用在混凝土外加 劑的使用過程中最為廣泛，占到混凝土外加劑使用量的 80% 左右。在混凝土生 產(chǎn)過程中通過摻入一定水泥比例的減水劑可以在減少混凝土單位用水量的同時(shí) 還可以有效地增加混凝土的坍落度，提 高混凝土的流動(dòng)性，且改善混凝土的泌 水和提高混凝土的保水性能。鑒于減水劑對(duì)混凝土基本工作性能的明顯改善，混凝土減水劑成為相關(guān)從業(yè)人員的研究對(duì)象。

針對(duì)混凝土中不同的水泥品種和等級(jí)，市場(chǎng)上的減水劑的種類繁多。隨著對(duì)混凝土施工技術(shù)要求的提高，聚羧酸系 減水劑逐漸在減水劑市場(chǎng)中占有很高的 比例。因此，現(xiàn)將聚羧酸系減水劑的分散 機(jī)理、減水效果影響因素及使用中存在 的問題進(jìn)行展開分析，有利于工程技術(shù)人員對(duì)聚羧酸減水劑的合理選擇和正確 使用。 

1 聚羧酸系減水劑性的作用機(jī)理 

聚羧酸系減水劑具有摻量低、高減 水率、強(qiáng)分散性、和易性好、分子結(jié)構(gòu)可變性強(qiáng)以及綠色環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)。鑒于聚羧酸系減水劑所具有的明顯的優(yōu)點(diǎn)， 許多相關(guān)專業(yè)的研究者對(duì)聚羧酸系減水劑展全方位的研究，包括聚羧酸系減水劑的作用機(jī)理、工程應(yīng)用、存在問題以及改性方法等內(nèi)容。參照對(duì)傳統(tǒng)減水劑（萘 系和三聚氰胺系等減水劑）研究方式，將聚羧酸系減水劑的作用機(jī)理的內(nèi)容研究 列為熱點(diǎn)，也一直是業(yè)內(nèi)專家學(xué)者內(nèi)容 研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)。 

傳統(tǒng)的水溶性樹脂類減水劑作用機(jī) 理已梳理清晰，形成較為統(tǒng)一的以 DLVO 理論為基礎(chǔ)的靜電斥力的觀點(diǎn)。目前，對(duì)聚羧酸系減水劑作用機(jī)理的研 究觀點(diǎn)并未統(tǒng)一，主要有下面三種認(rèn)知。

 很多專家學(xué)者認(rèn)為聚羧酸系減水劑 的高分散性主要是由于空間位阻效應(yīng)。主要因?yàn)槲搅司埕人嵯禍p水劑的水泥顆粒 Zeta 電位很低，但卻在減水劑極低 的摻量下表現(xiàn)出高的分散性能。顯然傳統(tǒng)減水劑的靜電斥力理論可能無(wú)法合適地解釋聚羧酸系減水劑的高分散性。因此，學(xué)者通過原子力顯微鏡和電位儀等研究了萘系減水劑和聚羧酸系減水劑的作用機(jī)理，認(rèn)為聚羧酸系減水劑的分散 機(jī)理主要由其支鏈產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)產(chǎn)生，靜電斥力相對(duì)于空間位阻效應(yīng)基本可以被忽略。之后有學(xué)者通過設(shè)計(jì)聚羧酸分子的吸附模型，研究比較了不同體系的靜電斥力勢(shì)能、空間位阻勢(shì)能和范德華力勢(shì)能，發(fā)現(xiàn)空間位阻效應(yīng)在分散水泥顆粒中起主導(dǎo)作用。 

基于上述聚羧酸系減水劑的空間位 阻效應(yīng)的作用機(jī)理理論，研究者提出側(cè) 鏈越長(zhǎng)分散性能應(yīng)該會(huì)越高的觀點(diǎn)。然而，在對(duì)聚羧酸系減水劑的研究中發(fā)現(xiàn)， 部分短側(cè)鏈共聚物也顯示出了良好的分散性能，上述結(jié)論表明僅用空間位阻效 應(yīng)理論并不能夠完全解釋聚羧酸系減水劑在水泥體系中的作用機(jī)理。對(duì)于聚羧 酸系減水劑的側(cè)鏈長(zhǎng)度較短且主鏈上離子基團(tuán)含量較高的梳形共聚物，其產(chǎn)生 的靜電排斥不能夠被忽略。此外，通過理論計(jì)算考察不同側(cè)鏈長(zhǎng)度對(duì)總位能曲線的影響，在側(cè)鏈吸附密度相同的情況下， 側(cè)鏈越長(zhǎng)，空間位阻效應(yīng)越大，當(dāng)側(cè)鏈超過了一定程度后，總位能增加的速率變慢，由于側(cè)鏈增大到一定程度后，分子構(gòu)象會(huì)發(fā)生蜷曲，即側(cè)鏈分子量增大，空間 位阻效應(yīng)并沒有相對(duì)應(yīng)地增強(qiáng)。

此外，也有專家學(xué)者認(rèn)為：水泥粒子的分散作用主要是由于減水劑吸附在水泥粒子表面產(chǎn)生的靜電斥力、高分子吸附層的相互作用產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)及水分子的潤(rùn)濕作用而引起的。由此可見，聚羧酸系減水劑在水泥 體系中的作用機(jī)理目前已經(jīng)證實(shí)不是用 一種理論能夠完全解釋的，必須考慮多種作用機(jī)理進(jìn)行綜合分析。 

2 聚羧酸系減水劑性能效果影響因素分析 

聚羧酸系減水劑在混凝土中的性能 效果穩(wěn)定性很差，諸多因素均會(huì)對(duì)聚羧 酸減水劑的性能效果產(chǎn)生較大的影響。如外部環(huán)境、混凝土本身的組成及成分含量。外部環(huán)境因素多，控制難度較大。因此，聚羧酸系減水劑性能效果的影響 因素分析從混凝土材料組成及含量進(jìn)行討論。

已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著混凝土 中水泥用量的增加，聚羧酸系減水劑的減水率增大，提高的幅度近似線性關(guān)系， 且聚羧酸系減水劑引起混凝土的干縮量 較小?；诰埕人嵯禍p水劑的試驗(yàn)結(jié)論和規(guī)律，聚羧酸系減水劑能夠?qū)λ嘤?量較大的混凝土有效地減小用水量，比如應(yīng)用到水灰比低的高強(qiáng)混凝土領(lǐng)域。 

聚羧酸系的減水劑的效果亦受到砂率和顆粒級(jí)配的影響。其原因?yàn)樯奥屎皖w粒級(jí)配的骨料的含量不同，其吸水量亦不同，并非為聚羧酸系減水劑與骨料 中的某成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成分子結(jié)構(gòu)組合的優(yōu)化的原因，造成的需水量減少。 

在減水劑的摻量范圍內(nèi)聚羧酸系減 水劑摻量影響其減水效果是最直接的影 響因素。水泥顆粒吸附聚羧酸系減水劑 形成梳狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)，該結(jié)構(gòu)在空間上的 形態(tài)決定了水泥的高分散性和流動(dòng)性。從前文對(duì)聚羧酸系減水劑的作用機(jī)理可 以解釋這條結(jié)論。 

3 工程應(yīng)用中存在的問題 

聚羧酸系減水劑從研制成功以來已有近四十年時(shí)間。目前，聚羧酸系減水劑 處于快速發(fā)展階段。隨著聚羧酸系減水劑在工程應(yīng)用領(lǐng)域逐步拓寬，工程技術(shù)人員亦發(fā)現(xiàn)聚羧酸系在工程應(yīng)用方面存 在一些技術(shù)問題。

 聚羧酸系減水劑是由幾種主要原材料合成，主要原材料的純度會(huì)直接影響 到合成產(chǎn)物聚羧酸系減水劑功能的穩(wěn)定性。然而聚羧酸系減水劑中的主要原材料（烯丙基聚乙二醇醚和甲氧基聚乙二 醇丙烯酸酯等）的生產(chǎn)的技術(shù)要求高，純度不易控制。 

聚羧酸系減水劑對(duì)溫度和用水量都十分敏感。聚羧酸系減水劑對(duì)溫度敏感 的表現(xiàn)：①溫度較低時(shí)應(yīng)用到混凝土工程中會(huì)出現(xiàn)緩釋現(xiàn)象；②溫度較高時(shí)，聚羧酸系減水劑會(huì)造成混凝土坍落度損失過快。用水量對(duì)聚羧酸系減水劑造成問題需要專業(yè)試驗(yàn)人員多次進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的調(diào)整來解決。 

傳統(tǒng)減水劑可以通過復(fù)合其它外加劑來解決完善混凝土某些特定功能的要求。然而，聚羧酸系減水劑與其他混凝土外加劑的相容疊加作用較差，聚羧酸系減水劑與其它外加劑有效地功能疊加成 為聚羧酸系減水劑亟待解決的問題。 

本節(jié)闡述了聚羧酸系減水劑在工程應(yīng)用中常見地問題和技術(shù)難點(diǎn)。同時(shí)，這些存在的問題也將引導(dǎo)聚羧酸系減水劑的發(fā)展和研究方向。 

4 工程案例應(yīng)用分析 

針對(duì)聚羧酸系減水劑在工程應(yīng)用中存在的諸多問題，工程技術(shù)人員通過外加劑母液復(fù)配和合成途徑進(jìn)行改善和解決，下面對(duì)聚羧酸系減水劑在工程案例中的成功應(yīng)用進(jìn)行闡述。 

山東濟(jì)南市萬(wàn)象城主體為混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì) C60的商品混凝土的要求是高坍落度，且由于運(yùn)距原因要求 3h 內(nèi)坍落度基本無(wú)損失?；炷翙z測(cè)專業(yè)技術(shù)人員通過將高保坍聚羧酸減水劑 BT- C 與普通的聚羧酸減水劑（PC- XM）進(jìn)行比例復(fù)配。得到 BT- C:PCXM=3;7 復(fù)配的聚羧酸減水劑，能夠有效地解決長(zhǎng)時(shí)間高坍落度的技術(shù)問題。 

合肥地鐵隧道管片生產(chǎn)商通過添加 聚羧酸減水劑母液復(fù)配得到的聚羧酸減 水劑使隧道管片外觀質(zhì)量合格且強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求產(chǎn)品；同樣通過母液配制方式得到的聚羧酸高性能減水劑成功應(yīng)用到杭州灣跨海大橋和寧波舟山港非通航橋橋墩等海工混凝土中，有效地保證橋 墩的強(qiáng)度和耐腐蝕性。 

目前，各種通過復(fù)配或合成方式得到的聚羧酸高性能減水劑廣泛地應(yīng)用到 高鐵道路、橋梁、大壩和水電站等混凝土質(zhì)量和性能要求高的工程領(lǐng)域。 

5 結(jié)語(yǔ) 

聚羧酸系減水劑是一種新型綠色建筑材料，該減水劑的高減水率和低收縮 等優(yōu)點(diǎn)決定了在混凝土工程領(lǐng)域的前景。目前在我國(guó)，聚羧酸系減水劑屬于快 速發(fā)展和占領(lǐng)減水劑市場(chǎng)的階段，聚羧酸系減水劑在工程應(yīng)用中存在的關(guān)鍵技 術(shù)也在逐步地掌握和優(yōu)化。

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