聚羧酸减水剂的应用现状及存在的问题

倪 琳

聚羧酸减水剂的应用现状及存在的问题

倪 琳

（辽宁省石油化工规划设计院有限公司，辽宁 沈阳 110004）

综述了聚羧酸减水剂的应用现状及存在的问题, 认为利用聚羧酸减水剂分子结构的可设计性的特点，合成高固含量聚羧酸减水剂是聚羧酸减水剂未来发展的方向。

减水剂；聚羧酸；分子结构

同传统的萘系，三聚氰胺系，氨基磺酸系减水剂相比，聚羧酸减水剂的优点在于它与混凝土极佳的和易性和施工性，赋予水泥很高的强度和耐久性，而且聚羧酸系高性能减水剂还同时具有优异的技术性能和环保特性，满足混凝土建筑施工的要求。聚羧酸减水剂是以丙烯酸或甲基丙烯酸为主链,接枝不同侧链长度的聚醚，或者是以马来酸酐为主链接枝不同侧链长度的聚醚制备而成的，也就是说上述两种合成路线都要用到环氧乙烷的下游产品聚醚，如聚乙二醇单甲醚、烯丙醇聚氧乙烯/聚氧丙烯醚、异戊烯醇聚氧乙烯醚、异丁烯醇聚氧乙烯醚等。

1 国内外聚羧酸减水剂研究现状

1.1 国外对聚羧酸减水剂的研究

在高效减水剂领域，目前国外的科研机构已将研究的重点从萘系高效减水剂领域转移到聚羧酸系高性能减水剂领域，因此聚羧酸减水剂欧美日等国家目前高性能减水剂的重点研究方向，而且已经在市场上投放了多种型号的高效减水剂[1-3]。通过检索近些年来国外杂志公开发表的高效减水剂论文可以发现，欧美日地区的学者发表的聚羧酸系高效减水剂应用方向的科研论文有逐年增多的趋势，研究的重点主要集中于如何提高混凝土的易活性以及硬化后混凝土的强度，其他的减水剂应用方法等。

在聚羧酸减水剂应用领域，日本目前走在世界所有国家的前面，研究和应用成果日益成熟。在1995 年，日本的聚羧酸减水剂的使用量就已经超过了传统萘系高效减水剂，而到了 2001 年，聚羧酸减水剂用量已经占到高效减水剂使用量的八成以上，著名的品牌包括花王、日本制纸[4]等。20世纪90年代初，欧美也开始重点开发聚羧酸减水剂，聚羧酸减水剂的使用量在2008 年时也约占到了欧美减水剂总量的20%左右[5]，同时也出现了很多著名的品牌，如美国的 GRACE 公司、瑞士 SIKA 公司等。欧美日聚羧酸减水剂的主要应用领域包括配合高强混凝土、高流动性自密实混凝土、超高强混凝土、大体积混凝土、特种混凝土和水中不分散混凝土等几个方面。同其他高效减水剂相比，聚羧酸系减水剂的优点在于：减水率高，混凝土坍落度损失小，混凝土的黏度低且易流动。因此，聚羧酸减水剂在工程领域应用范围日益扩大。例如，在欧美国家的工程应用领域，通过使用聚羧酸减水剂已经可以配制出C100以上的超高强高性能混凝土，在高层建筑中，通过纤维增强的方法甚至可以使混凝土强度提高到 200 MPa。

1.2 国内对聚羧酸减水剂的研究

我国使用萘系高效减水剂约有20年左右的历史，这种减水率的缺点是减水率，水泥的坍落度损失太快，所以很难满足工程应用领域多元化的施工要求。另外，合成萘系减水的原料价格不断上涨，资源日益减少，因此，研制性能更好，价格更低的萘系减水剂替代品变得日益迫切。目前，通过科研人员的不断努力，我国已成功研制并生产出高性能的聚羧酸减水剂，并成为我国混凝土外加剂领域的重要品种。多年来，我国的相关部门不断通过修订标准、开展试点等方法试图推广应用高性能混凝土，但是高性能混凝土的用量在建筑领域混凝土总体用量中所占比例依然不高，据统计高性能混凝土用量不到混凝土年消耗总量的 1％，应用领域也仅限于大跨、超高层建筑和重点海工桥梁混凝土中。

面对中国庞大的高性能减水剂市场，已有十多家国外知名的混凝土外加剂公司近年来开始进入我国建筑市场，开始以各种投资形式在国内建立了生产基地或者直接销售其产品。即使是这样，在我国的建筑工程领域，聚羧酸减水剂的应用比例依然很低，主要原因还是这类减水剂的价格远远高于固体粉剂萘系减水剂的价格，以固含量为30%的聚羧酸减水剂为例，其销售价格约为1万元/吨。不可否认，国外聚羧酸减水剂的应用对我国减水剂市场发展具有积极的推动作用，这必将促进我国高性能混凝土应用技术和包括减水剂在内的化学外加剂应用进一步升温。

目前，在我国东部沿海地区，聚羧酸减水剂正逐渐成为混凝土减水剂的主要品种，是重点工程项目高性能混凝土减水剂中首选化学外加剂[6]。由于我国幅员辽阔，地质复杂，从而造成我国在聚羧酸减水剂用量不断增长和应用范围不断扩大的同时，也出现了水泥品牌与水泥砂石骨料匹配的问题，这就要求聚羧酸减水剂要与不同牌号的水泥、地材应相互匹配，这也说明我国在聚羧酸减水剂应用领域还有很多研究工作要做。到2020年，聚羧酸减水剂占我国减水剂使用总量的比率已经增加到30%，同发达国家相比依然有很大的发展空间。

2 聚羧酸减水剂应用中存在的问题

虽然聚羧酸减水剂性能优异，而且国外有很多成功的工程应用案例，但聚羧酸减水剂在我国的工程应用中仍然存在许多问题，还需要进一步开展研究。

2.1 聚羧酸减水剂与水泥等相容性差

聚羧酸减水剂具有优良的减水分散效果，因此可以用来配制低水胶比的混凝土，此时聚羧酸系高性能减水剂与水泥的相容性差的问题比较突出，甚至相容性很差，会出现混凝土快速硬化和坍落度损失速度加快等现象；或者出现同一种聚羧酸减水剂与不同厂家的水泥应用效果差距很大的现象。不仅如此，聚羧酸减水剂同混凝土中的其他助剂之间的相容性也不好，也就是说混凝土中的其他助剂会明显影响聚羧酸减水剂的应用性能。

所以，我们可以利用聚羧酸减水剂分子结构的可设计性，合成工艺的可调性以及聚羧酸聚合物之间复配性能好的特点，开发出多特性聚羧酸系列减水剂，这可以根本上解决聚羧酸减水剂与混凝土原料适应性差的问题。总之，利用聚羧酸减水剂化学结构和性能可调的特性，借助于合理的分子设计手段制备出指定结构和性能的聚羧酸系减水剂，可以解决两者相容性差的问题。

2.2 聚羧酸减水剂的储运问题

聚羧酸减水剂主要以20%～40%的水溶液的形式供货，因此包装、储运成本较高。因此生产高固含量的聚羧酸减水剂可以极大地节约包装与储运成本。通过真空抽吸等工艺可以获得高固含量达到60%左右的产品，但这种方法生产效率比较低，能耗大。如果采用高浓度单体直接合成共聚，能够显著可以降低生产能耗与运输成本，但从反应机理的角度来讲，这种方法存在反应体系黏度过大，容易出现自动加速现象造成减水剂分子量过大而影响减水率。所以，在高浓度单体环境下共聚如何制得聚羧酸减水剂是未来研究的主要方向。

另外，在某些建筑领域，需要选用粉状高效减水剂时，那么，传统的聚羧酸减水剂在后续的干燥制粉过程中，减水剂分子会继续反应生成分子量更高的物质，导致性能变差。因此，通过后续的喷雾干燥的方法制备粉状产品在工程领域具有重大意义。

3 结束语

聚羧酸减水剂具有优良的减水性能，还可以解决混凝土在引气、缓凝、泌水等方面的问题。根据目前国内外聚羧酸减水剂的应用现状，我们认为合成高固含量聚羧酸减水剂，并研究聚羧酸减水剂的结构与性能关系，可明显提高我国在聚羧酸减水剂领域的理论水平，使之具有更广阔的应用前景。

［1］冯中军, 傅乐峰. 聚羧酸高效减水剂的结构与性能关系研究[J].化学建材,2006,22(2):39-42.

［2］雷爱中.聚羧酸减水剂的研究[D].武汉工业大学北京研究部，2000:1-8.

［3］冉千平,游有鲲,周伟玲,等.聚羧酸类高效减水剂现状及研究方向[J].新型建筑材料，2001(12):25-27.

［4］姜国庆.日本高性能AE减水剂的研究进程及应用现状[J].化学建材,2000(2):42-44.

［5］王玲,田培,白杰,等.我国混凝土减水剂的现状及未来[J].混凝土与水泥制品，2008（5）:1-7.

［6］温浩,隋晓宏,欧杰,等.自密实高性能混凝土在澳门观光塔工程中的应用[J].中国建材科技, 2000(5):13-17.

Application Status and Existing Problems of Polycarboxylic Acid Water Reducer

（Liaoning Petroleum Chemical Industry Planning & Designing Institute Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110004, China）

The application status and existing problems of polycarboxylic acid water reducer were summarized, and the synthesis of high solid content polycarboxylic acid water reducer based on the designability of their molecular structures was considered as the future development direction of polycarboxylic acid water reducer.

Water reducer; Polycarboxylic acid; Molecular structure

2020-10-09

倪琳（1975-），女，高级工程师，硕士，辽宁省沈阳人，2007年毕业于佩斯里大学环境与废物管理专业，研究方向：化工设计。

TQ 085

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1004-0935（2020）12-1548-03