聚羧酸高性能減水劑的優勢和缺陷

倪 琳

（遼寧省石油化工規劃設計院有限公司，遼寧 沈陽 110004）

混凝土材料從20世紀開始已經發展成為一種重要建筑材料，通過改進配制方法和施工技術可以使混凝土具有優良的性能。與此同時，對高性能混凝土外加劑也提出了更為苛刻的要求，在這種歷史背景下，聚羧酸高性能減水劑的出現完全順應了工程領域對高性能混凝土的發展的要求[1-2]。

1 減水劑的發展歷程

性能優良的混凝土仰賴于各類外加劑的發展，特別是高性能減水劑的發展。到目前為止，減水劑的發展可以分為三個階段:第一階段的減水劑包括木質素磺酸鹽系和腐殖酸鹽，第二階段具有代表性的高效減水劑是萘系和三聚氰胺系減水劑。21世紀又出現了第三代聚羧酸系高性能減水劑，該類減水劑通過與其他減水劑復配使用，可以獲得高性能混凝土。相對于前兩代減水劑，高性能聚羧酸系減水劑顯現出卓越的性能，在建筑工程領域應用極為廣泛，進入了黃金發展期，它也同時代表了目前混凝土外加劑領域的發展方向。

第一階段的減水劑的缺點是減水率比較低，常用于強度等級低的混凝土中，如果摻量過高有可能會導致引氣緩凝時間延長甚至不凝現象。另外，引氣量過高也影響混凝土的強度，容易造成工程事故，特別是在冬天施工時應該尤為注意緩凝引氣對混凝土的影響。

第二階段的減水劑的減水率較高，同時沒有緩凝引氣等的副作用，即使是過量添加也對混凝土的性能沒有太大的影響。但需要注意的是萘系減水劑會導致混凝土坍落度損失過快過大，這配制高工作性混凝土時會帶來很大不便，另外在生產萘系減水劑時由于原料萘的易升華、甲醛的易揮發等原因會對環境造成不利影響。

同上述兩類減水劑相比，高性能聚羧酸系減水劑具有明顯的優勢，主要表現在以下方面[3-6]：

1）摻量更低。聚羧酸減水劑的摻量一般低于水泥膠材的1.0%，按照國標測定的減水率要高于25%，甚至高于50%，同第一代和第二代減水劑劑相比，聚羧酸減水劑的摻量明顯降低，這也意味著有可能導致混凝土性能降低的有害物質大為降低，由此可以確保混凝土擁有良好的工作性、耐久性以及合適的結構強度。在保證最終制品綜合性能達標的前提下，能夠顯著降低水泥的用量，有利于控制施工成本。

2）混凝土坍落度具有更好的保持性。聚羧酸減水劑通過調整減水型母液和保坍型母液的比例可以調整混凝土初始工作狀態和混凝土坍落度損失程度，另外還可以調整混凝土出現泌水或離析、和易性差的問題，能夠明顯改善混凝土的工作性，因此聚羧酸減水劑適合用于高性能混凝土的配制。

3）引氣量低，無緩凝現象。聚羧酸減水劑是一類高分子聚合物，分子結構復雜，但即使是這樣，聚羧酸減水劑也不會使混凝土出現嚴重的緩凝、引氣等影響，即使有少許影響，但是通過與其他減水劑復配的方法，可以實現量化控制混凝土的凝結時間。

4）聚羧酸減水劑綠色環保。聚羧酸高性能減水劑的制備原料無毒無害，產品對環境和人體也無害，因此是一種制得提倡的建筑材料綠色添加劑。

5）聚羧酸減水劑可以實現可控設計，合成出性能各異的產品。聚羧酸減水劑主鏈的合成原料包括水溶性丙烯酸及其鹽，馬來酸酐等物質，側鏈上可以接枝羥基，羧基，磺酸基等不同類型的官能團的有機高分子。在主鏈上的親水結構和側鏈上各類官能團的共同作用下可以實現很高的減水率，對混凝土保坍效果影響明顯。總之，由于聚羧酸減水劑在分子結構設計上具有優良的靈活性，導致聚羧酸的發展空間很大。

2 聚羧酸減水劑的缺陷

聚羧酸減水劑從20世紀80年代開始出現到現在只有30年左右的時間，相關的作用機理闡述還不詳細，理論發展也不完善，在很多情況下仍然無法合理的解釋聚羧酸減水劑應用過程中出現的一些現象，這意味著聚羧酸減水劑的理論研究方面還須繼續深入。另外，這類減水劑在復配等應用過程中也出現很多新的問題，如混凝土拌混后流動性很差，卸料困難。聚羧酸減水劑同其他外加劑的相容性不好，混凝土的坍落度損失大且對砂石骨料的酸堿性異常敏感等。以上情況說明聚羧酸減水劑產品的應用條件苛刻，大規模應用的前景不太明朗，總體來說，其缺陷主要體現在如下幾個方面：

第一，聚羧酸減水劑的應用效果對砂石骨料比較敏感。聚羧酸鹽系高性能水劑對水泥的品種，砂石的來源等有很高的依存度。即使是同一廠家，相同牌號的水泥，不同批次的水泥的減水效果也會差異很大。對不同來源的各種礦粉等的影響更為明顯，甚至失去工作性。目前，聚羧酸減水劑應用于含泥量高的砂石骨料方面目前仍未找到妥善的解決方法。因此需要在實際應用過程時通過大量的實驗來確定減水率的大小，再確定減水劑的合理用量，這就導致聚羧酸減水劑在復配應用時工作量很大，使之成為該類減水劑廣泛應用的極大挑戰。

第二，水的使用量和實驗因素對聚羧酸減水劑混凝土的性能影響很大。低用水量條件下，新拌混凝土的綜合性能受用水量的變化影響很大，混凝土最佳工作性的用水量區間很窄，很容易導致新拌混凝土工作性變差。空氣中水分的差異，骨料含水量的不同以及蒸發等因素都會明顯影響聚羧酸減水劑新拌混凝土性能變差。因此，在這種情況下，充分考慮各種影響水含量的因素非常關鍵，這也是保證聚羧酸減水劑可否最佳性能的關鍵。

第三，聚羧酸減水劑自身的穩定性不好，受周圍環境溫度影響較大。聚羧酸的減水劑氣溫高的夏季比溫度低的冬季稍好一些，但新拌混凝土經時保坍率在氣溫高的夏季稍差些，因此，要充分考慮到溫度對聚羧酸減水劑差異性的影響。

3 結論

聚羧酸減水劑具有優異的減水效果，這一點是其他現有減水劑所不具備的。目前，聚羧酸減水劑在復配應用過程中出現的一些問題主要還是我們對聚羧酸減水劑組分的基本結構認識不夠，相關的理論知識不足以及在工程應用中經驗總結的不夠導致的，但這些都不會影響聚羧酸減水劑廣闊的應用前景。