聚羧酸减水剂的合成及性能研究

高淑星

（山东易和环保科技有限公司，山东 济南 201100）

1 引言

聚羧酸减水剂与传统的减水剂相比，性价比更高，更适用于现代建筑工程中。聚羧酸减水剂在使用过程中体现出少掺量、高性能的产品特色，既可以使建筑外体美观牢固、不易燃、不易爆，安全适用于火车和汽车运输；同时，聚羧酸减水剂还是绿色环保产品，可应用于居住及办公场所等。

2 聚羧酸减水剂简述

聚羧酸减水剂是一种水泥分散剂，主要与水泥混凝土配合应用于建筑工程中，这种新一代的高性能减水剂深受建筑工程市场好评。聚羧酸减水剂2003年由国外引进，2007年聚羧酸减水剂产量增加，直至2017年大幅增加，年均产量在700×104 t。目前，我国是聚羧酸减水剂使用量最大的国家。

2.1 聚羧酸减水剂的结构

聚羧酸减水剂由主链和众多的支链组成，属于梳型分子结构，它采用自由基水溶液共聚方法合成。聚羧酸减水剂中的聚羧酸高性能减水剂带有羧基（-COOH）等活性亲水基团及聚氧化乙烯链基等不饱和单体，主要原料有甲基丙烯酸、丙烯酸等，其分子结构转变为静电斥力效应和空间位阻效应共同作用结构，放弃了最初的单一静电斥力效应结构，最终形成立体分散系统。

聚羧酸减水剂最初在生产中采用酯类大单体减水剂为原料，导致较多的生产缺陷，如设备使用复杂不易操作、生产周期长、供应市场能力弱等问题，随着科研技术的发展，在多次试验和实践中，逐渐使用成本低、效率高的醚类大单体，使聚羧酸系减水剂的生产过程变得简化且效率高。

2.2 聚羧酸减水剂的合成

2.2.1 聚羧酸减水剂母液的合成

不饱和聚醚大单体在引发剂的作用下产生共聚，将带有活性基因的枝连接到主链上，采用不同品种的聚醚大单体、丙烯酸为主要原料，常温合成或加热合成。

2.2.2 聚羧酸减水剂的复配

以聚羧酸减水剂母液为原料，根据需要适量添加缓凝、引气、消泡、防冻、保水等多种成分，溶解混合过程。

2.2.3 聚羧酸减水剂的合成方法

聚羧酸减水剂的合成方法主要包括原位聚合接枝法、先聚合后功能化法和单体直接共聚法。聚羧酸系减水剂的合成多为水溶性自由基聚合。

3 聚羧酸减水剂合成的意义

在我国绿色建材市场的要求下，聚羧酸减水剂的研发人员已经开始研究低温（10℃～30℃）聚羧酸合成，一旦研制成功将大量用于建筑工程中。

聚羧酸减水剂品种多样，有标准型、早强型、缓凝型、缓释型、减缩型及防冻型。聚羧酸减水剂随着科学技术的发展，日后还会出现更多品种、功能的聚羧酸系减水剂。

（1）聚羧酸减水剂作为一种外加剂，它有很强的适应性。由聚羧酸减水剂配置的混凝土，可以让混凝土达到高标号的标准要求，在实际工程中不会出现大量沁水等影响工程质量的现象，始终可以使混凝土处于工作性能强、黏性好且易于搅拌的状态。

（2）聚羧酸减水剂在与混凝土配制应用于工程时，有很强的耐久性、稳定性等。聚羧酸减水剂是工程减水剂的首选，不仅成本低，还具有较高性能。

（3）聚羧酸减水剂的成分完全符合我国对建筑材料的环保性要求，对人身体易致癌成分甲醛的含量非常低，使用在建筑材料中十分安全，不仅对人身无害，对环境也可以做到零污染。

（4）聚羧酸减水剂是被建筑市场公认的减水大王，在掺量仅有1%时，减水率就可以达到20%左右，而且收缩非常小。

（5）聚羧酸盐类减水剂的使用还可以带动行业废物二次利用，例如：可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥，从而达到降低成本的目的。

4 聚羧酸减水剂的性能

4.1 聚羧酸减水剂的性能优点

聚羧酸减水剂保坍性好，可以保2～3h；减水率高，可以达到25%的减水率；凝结时间延缓幅度小，有助于冬季施工；混凝土表观质量好；混凝土收缩小；清洁生产。

4.2 聚羧酸减水剂的性能缺点

聚羧酸减水剂在高温下保坍性不足；聚羧酸减水剂对温度敏感性强，影响混凝土的施工效果；聚羧酸减水剂大部分是在有水系统中进行合成的，水中成分较多导致难以准确了解不同单体间杂乱的相互作用；聚羧酸减水剂在进行复配的过程中，对引气剂等化学原料有较严格的要求，加之聚羧酸减水剂的表征化学结构复杂，缺少从微观角度进行研讨；聚羧酸减水剂在与混凝土、水泥进行配置时，虽与水泥有较好的相容性，但是，在控制混凝土的流动性方面仍存在快硬现象，这说明对聚羧酸减水剂的性能掌握还存在欠缺；聚羧酸减水剂在配置高强性能混凝土的过程中，存在着混凝土黏性太多或太少等不可控的问题；对砂石集料的含泥量敏感性强；对机制砂适应较差，掺量敏感影响施工。这些缺点可以通过实验等办法避免。

5 聚羧酸减水剂性能缺点的解决措施

（1）针对聚羧酸减水剂对温度敏感的解决措施。工程企业要充分了解聚羧酸减水剂的特性、环境温度和材料适应性，需要在生产前进行混凝土配合比试验。同时，调整不同种类聚羧酸减水剂目的复配比例，针对不同气温，调控聚羧酸减水剂的分子结构，提高适应性。

（2）材料性能变化对聚羧酸减水剂影响的解决措施。工程企业在使用聚羧酸减水剂时，要充分参考聚羧酸减水剂详细的检验报告，在开始使用前需在现场进行抽样试验，对所采用的聚羧酸减水剂特性有深度了解，采用工程材料进行混凝土配合比试验，验证相容性，及时对各种原材料性能变化采取合适的调整措施。同时，各种原材料的基本性能必须符合标准要求。

（3）针对搅拌方式对聚羧酸减水剂影响的解决措施。在施工中，混凝土的搅拌方式、强度、时间不同，同时，相同配比的混凝土工作性能存在一定差别，所以，工程企业在搅拌过程中要使用双卧轴搅拌机，这样搅拌出的混凝土匀质性更好。

（4）针对生产过程对聚羧酸减水剂影响的解决措施。在施工中混凝土搅拌时间充足是充分发挥聚羧酸减水剂效果的基础，可以避免搅拌时间不足导致的效果滞后。同时，因为混凝土对聚羧酸减水剂的掺量变化和水量变化均敏感，还需计量准确。

（5）针对掺加方式对聚羧酸减水剂影响的解决措施。聚羧酸减水剂的二次掺加效果区别于其他品牌减水剂，其掺加量更多，效果不如其他品种减水剂明显。另外，需要在混凝土生产前充分试验，依次掺加达到预期保坍时间。

通过以上的解决措施，在使用聚羧酸减水剂时，检验结果无法体现出工程现场因素多变，所以，工程企业要及时调整聚羧酸减水剂的使用掺量，必要时调整聚羧酸减水剂的性能指标。

6 聚羧酸减水剂的应用

2017年，聚羧酸减水剂达到减水剂用量的77.6%，成为目前使用最广泛的减水剂品种。在民建、交通、水利等领域获得广泛应用。聚羧酸减水剂品种多样，目前已经应用于高强混凝土、预制构件、大体积混凝土、远距离运输、减少裂缝及助力冬季施工等。具体场景应用例如：高速铁路、客运专线、工业与民用建筑、道路、桥梁、港口码头、机场等工程建设的预制和现浇混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土。

聚羧酸高性能减水剂的应用，使抗扰动自密实混凝土具有高流动性、穿越钢筋能力和抗离析能力，可以避免混凝土出现振捣不足而造成的空洞、蜂窝、麻面等缺陷。

聚羧酸减水剂在建筑施工应用过程要注意科学运用储存技术，企业在聚羧酸减水剂储存时要采取均化设备，通过机械、气体、循环操作的方式，让聚羧酸减水剂达到一个均匀的效果，便于工程使用。

7 结束语

综上所述，在我国，聚羧酸系减水剂品种多、功能全、性能优且实用，在使用中要根据工程要求的实际情况合理选择，目前，聚羧酸系减水剂的市场价值已被充分认可。随着科研成果的充实和建筑市场的规范化，聚羧酸减水剂的性能和质量，也需要始终坚持以市场需求为导向不断提高和细化。随着科学技术的不断进步，更多品种质量更优的聚羧酸系减水剂将投入建筑工程的使用。