聚羧酸外加劑在高性能混凝土中的性能研究

孔祥春

（河北合眾建材有限公司 河北廊坊 065000）

由于聚羧酸高性能外加劑具有減水率高，保坍性能好，強度增長快，分子結構自由度大，高性能化潛力大，不含甲醛等優點成為混凝土生產企業使用的發展方向[1]。基于混凝土種類性能多樣化和復雜多變的原材料情況和施工情況，我們應該掌握高性能減水劑的特點，以便靈活應用。

1 定義和分類

高性能減水劑是比高效減水劑具有更高減水率，更好的坍落度保持性能，較小的干燥收縮，且具有一定引氣性能的外加劑。目前國內高性能減水劑以聚羧酸高性能減水劑為主要代表，分為早強型，標準型，緩凝型。

2 聚羧酸系高性能外加劑的優點

（1）減水率高

聚羧酸高性能減水劑的減水效果好，減水率一般在25%以上，能顯著降低混凝土配合比的用水量。

（2）增強效果好，在水泥用量與坍落度不變時，混凝土早后期強度均有明顯提高。

（3）能夠促進混凝土工作性能得到顯著改善

聚羧酸高性能外加劑可根據混凝土的性能要求調整不同的分子結構，以滿足不同的施工要求，在有特殊要求的混凝土中性能穩定，如超長保坍混凝土，超高程泵送混凝土、自密實混凝土，清水飾面混凝土等混凝土外觀顏色均一，混凝土和易性好，坍落度損失可控，且后期損失后可二次調整[3]。

（4）收縮小，使用聚羧酸高性能減水劑可相應提高礦物摻合料的比例，減少由于水泥水化放熱快引起的混凝土裂縫問題。

（5）環保，聚羧酸高性能減水劑在生產過程中無廢氣、廢液、廢渣，污染小，對自然環境不會產生不良影響。

3 聚羧酸高性能外加劑作用機理

3.1 聚羧酸外加劑在水泥顆粒表面的吸附情況

聚羧酸外加劑一般為陰離子表面活性劑，分子結構中含有很多活性基團，可以吸附于水泥顆粒及其水化產物上，形成一定厚度的吸附層和一定的吸附形態，大大改變了固液界面的物理化學性質和顆粒之間的相互作用力。

3.2 靜電斥力作用

靜電斥力理論認為帶電膠體顆粒之間是雙電層重疊時靜電斥力和離子間的范德華力相互作用的結果。當加入聚羧酸外加劑后，外加劑的吸附改變了水泥顆粒表面的電荷分布，降低了雙電層厚度，提高了動電位，從而提高了顆粒之間的分散性。

3.3 空間位阻效應

新型聚羧酸外加劑Zeta電位普遍較小，僅為萘系外加劑的一半[4]，該類減水劑分子骨架為一條主鏈和較多的支鏈組成，主鏈上含有大量的活性基團。依靠這些活性基團，主鏈可以“錨固”在水泥顆粒上，支鏈具有親水性，可以伸展在液相中，從而在水泥顆粒表面形成龐大的立體吸附結構，產生空間位阻效應。

4 實際應用及存在問題

4.1 聚羧酸高性能外加劑的應用

混凝土的優良性能取決于原材料的好壞，而外加劑在其中起著至關重要的作用。配制高性能混凝土對原材料要求較高，應使用優質的粉料、顆料級配好且含泥量低的細骨料、粒型好的粗骨料，通過對混凝土配合比進行試驗和優化，加強水泥、粉煤灰和各種砂對混凝土的適應性試驗，調整聚羧酸高性能外加劑配方，配制具有高流動性、高保坍性和高體積穩定性的高性能混凝土，防止出現坍落度損失快、離析泌水等異常情況，影響到混凝土工程的施工和質量[5]。

4.2 聚羧酸高性能減水劑存在的問題

隨著聚羧酸系外加劑研究的深入和應用范圍的不斷擴大，其在研究和應用領域出現的問題也越來越多。微觀研究方面，研發人員大多側重于產品開發，而忽略了深入的微觀機理研究。而另一方面，混凝土是一個復雜的材料體系，現階段國內的研究多集中在聚羧酸高性能外加劑與水泥顆粒間的作用機理，忽視了與混凝土其他原材料諸如砂石、粘土，礦粉和粉煤灰等的微觀作用機理研究。這可能是由于現階段國內聚羧酸外加劑應用性能差異較大，缺陷較多，適應性不好的根本原因。

5 聚羧酸高性能外加劑發展方向

為使聚羧酸外加劑能夠更好的適應混凝土行業發展的需要，我們需要不斷地努力，通過微觀調整聚羧酸外加劑分子結構，使聚羧酸高性能外加劑真正做到超強適應性，大致方向有如下幾種。

（1）通過提高側鏈密度和降低側鏈長度，改進產品的吸附量、吸附層厚度、吸附平衡常數等，減小水泥顆粒表面的減水劑分子吸附層所需要的水膜層厚度，釋放自由水量。

（2）通過引入多電性基團和觸變性側鏈制備方法，增強漿體的觸變性，大幅度降低聚羧酸減水劑的敏感性。

（3）通過添加改良助劑等組分，建立聚羧酸系外加劑在混凝土中穩定持久的分散體系。

6 結束語

總而言之，聚羧酸高性能外加劑具有摻量低，減水率高，保坍性能好，分子設計性強等有點，有很好的研究價值和廣泛的應用前景。今后致力更加全面的深入研究聚羧酸高性能減水劑的合成工藝，作用機理等，同時不斷創新，找到更優異的合成工藝，將更具普遍適應性的聚羧酸高性能外加劑應用到混凝土工程建設中，使混凝土朝著環境友好型、生態相容型等方向努力，促進我國混凝土行業的發展。

參考文獻

[1]冷發光，周永祥，王永海，等.混凝土材料技術發展與展望[J].建筑科學，2013，29（11）：114～119.

[2]趙 蘇，富爾康，李 曼，等.高性能緩釋型聚羧酸減水劑的制備[J].混凝土，2014（7）：89～92.

[3]劉曉輝.混凝土外加劑使用及裂縫問題的分析[J].建筑工程技術與設計，2015（25）：781.

[4]趙蘇，富爾康，李曼，等.綠色高性能緩釋型聚羧酸減水劑的制備.

[5]呂傳君.混凝土外加劑-速凝劑發展狀況[J].建筑工程技術與設計，2016（13）：1067.