聚羧酸高性能减水剂的优势和缺陷

倪 琳

（辽宁省石油化工规划设计院有限公司，辽宁 沈阳 110004）

混凝土材料从20世纪开始已经发展成为一种重要建筑材料，通过改进配制方法和施工技术可以使混凝土具有优良的性能。与此同时，对高性能混凝土外加剂也提出了更为苛刻的要求，在这种历史背景下，聚羧酸高性能减水剂的出现完全顺应了工程领域对高性能混凝土的发展的要求[1-2]。

1 减水剂的发展历程

性能优良的混凝土仰赖于各类外加剂的发展，特别是高性能减水剂的发展。到目前为止，减水剂的发展可以分为三个阶段:第一阶段的减水剂包括木质素磺酸盐系和腐殖酸盐，第二阶段具有代表性的高效减水剂是萘系和三聚氰胺系减水剂。21世纪又出现了第三代聚羧酸系高性能减水剂，该类减水剂通过与其他减水剂复配使用，可以获得高性能混凝土。相对于前两代减水剂，高性能聚羧酸系减水剂显现出卓越的性能，在建筑工程领域应用极为广泛，进入了黄金发展期，它也同时代表了目前混凝土外加剂领域的发展方向。

第一阶段的减水剂的缺点是减水率比较低，常用于强度等级低的混凝土中，如果掺量过高有可能会导致引气缓凝时间延长甚至不凝现象。另外，引气量过高也影响混凝土的强度，容易造成工程事故，特别是在冬天施工时应该尤为注意缓凝引气对混凝土的影响。

第二阶段的减水剂的减水率较高，同时没有缓凝引气等的副作用，即使是过量添加也对混凝土的性能没有太大的影响。但需要注意的是萘系减水剂会导致混凝土坍落度损失过快过大，这配制高工作性混凝土时会带来很大不便，另外在生产萘系减水剂时由于原料萘的易升华、甲醛的易挥发等原因会对环境造成不利影响。

同上述两类减水剂相比，高性能聚羧酸系减水剂具有明显的优势，主要表现在以下方面[3-6]：

1）掺量更低。聚羧酸减水剂的掺量一般低于水泥胶材的1.0%，按照国标测定的减水率要高于25%，甚至高于50%，同第一代和第二代减水剂剂相比，聚羧酸减水剂的掺量明显降低，这也意味着有可能导致混凝土性能降低的有害物质大为降低，由此可以确保混凝土拥有良好的工作性、耐久性以及合适的结构强度。在保证最终制品综合性能达标的前提下，能够显著降低水泥的用量，有利于控制施工成本。

2）混凝土坍落度具有更好的保持性。聚羧酸减水剂通过调整减水型母液和保坍型母液的比例可以调整混凝土初始工作状态和混凝土坍落度损失程度，另外还可以调整混凝土出现泌水或离析、和易性差的问题，能够明显改善混凝土的工作性，因此聚羧酸减水剂适合用于高性能混凝土的配制。

3）引气量低，无缓凝现象。聚羧酸减水剂是一类高分子聚合物，分子结构复杂，但即使是这样，聚羧酸减水剂也不会使混凝土出现严重的缓凝、引气等影响，即使有少许影响，但是通过与其他减水剂复配的方法，可以实现量化控制混凝土的凝结时间。

4）聚羧酸减水剂绿色环保。聚羧酸高性能减水剂的制备原料无毒无害，产品对环境和人体也无害，因此是一种制得提倡的建筑材料绿色添加剂。

5）聚羧酸减水剂可以实现可控设计，合成出性能各异的产品。聚羧酸减水剂主链的合成原料包括水溶性丙烯酸及其盐，马来酸酐等物质，侧链上可以接枝羟基，羧基，磺酸基等不同类型的官能团的有机高分子。在主链上的亲水结构和侧链上各类官能团的共同作用下可以实现很高的减水率，对混凝土保坍效果影响明显。总之，由于聚羧酸减水剂在分子结构设计上具有优良的灵活性，导致聚羧酸的发展空间很大。

2 聚羧酸减水剂的缺陷

聚羧酸减水剂从20世纪80年代开始出现到现在只有30年左右的时间，相关的作用机理阐述还不详细，理论发展也不完善，在很多情况下仍然无法合理的解释聚羧酸减水剂应用过程中出现的一些现象，这意味着聚羧酸减水剂的理论研究方面还须继续深入。另外，这类减水剂在复配等应用过程中也出现很多新的问题，如混凝土拌混后流动性很差，卸料困难。聚羧酸减水剂同其他外加剂的相容性不好，混凝土的坍落度损失大且对砂石骨料的酸碱性异常敏感等。以上情况说明聚羧酸减水剂产品的应用条件苛刻，大规模应用的前景不太明朗，总体来说，其缺陷主要体现在如下几个方面：

第一，聚羧酸减水剂的应用效果对砂石骨料比较敏感。聚羧酸盐系高性能水剂对水泥的品种，砂石的来源等有很高的依存度。即使是同一厂家，相同牌号的水泥，不同批次的水泥的减水效果也会差异很大。对不同来源的各种矿粉等的影响更为明显，甚至失去工作性。目前，聚羧酸减水剂应用于含泥量高的砂石骨料方面目前仍未找到妥善的解决方法。因此需要在实际应用过程时通过大量的实验来确定减水率的大小，再确定减水剂的合理用量，这就导致聚羧酸减水剂在复配应用时工作量很大，使之成为该类减水剂广泛应用的极大挑战。

第二，水的使用量和实验因素对聚羧酸减水剂混凝土的性能影响很大。低用水量条件下，新拌混凝土的综合性能受用水量的变化影响很大，混凝土最佳工作性的用水量区间很窄，很容易导致新拌混凝土工作性变差。空气中水分的差异，骨料含水量的不同以及蒸发等因素都会明显影响聚羧酸减水剂新拌混凝土性能变差。因此，在这种情况下，充分考虑各种影响水含量的因素非常关键，这也是保证聚羧酸减水剂可否最佳性能的关键。

第三，聚羧酸减水剂自身的稳定性不好，受周围环境温度影响较大。聚羧酸的减水剂气温高的夏季比温度低的冬季稍好一些，但新拌混凝土经时保坍率在气温高的夏季稍差些，因此，要充分考虑到温度对聚羧酸减水剂差异性的影响。

3 结论

聚羧酸减水剂具有优异的减水效果，这一点是其他现有减水剂所不具备的。目前，聚羧酸减水剂在复配应用过程中出现的一些问题主要还是我们对聚羧酸减水剂组分的基本结构认识不够，相关的理论知识不足以及在工程应用中经验总结的不够导致的，但这些都不会影响聚羧酸减水剂广阔的应用前景。