聚羧酸高性能减水剂的研究现状与发展趋势

陈铁海

（甘肃土木工程科学研究院有限公司，兰州730000）

1 引言

近年来，我国混凝土外加剂的研究与生产已朝着高性能、无污染方向发展[1]。目前，我国建筑行业使用的混凝土减水剂有木质素磺酸钠减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐减水剂、脂肪族减水剂、聚羧酸高性能减水剂等。其中，聚羧酸减水剂因为生产工艺流程环保，全程无污染物排放，而且产品减水率高、掺量少、坍落度保持好等优异性能，成为工程建设领域中使用率最高的减水剂品种。

2 聚羧酸系减水剂的起源

日本触媒公司于1981 年开始研制聚羧酸高性能减水剂，并取得了很大的进步[2]，在20 世纪80 年代后期就已经将产品投入了市场，且获得工程领域不错反响。美国聚羧酸减水剂的发展晚于日本，目前正从萘系减水剂、脂肪族减水剂向聚羧酸高性能减水剂发展和过渡。

国内对聚羧酸减水剂的研究起步较晚，从20 世纪90 年代末期，江苏建科院、上海建科院等单位开始进行聚羧酸减水剂的相关研究工作。但是受当时科学技术水平、原材料、产品价格等种种因素的限制，市场使用率十分低。2011 开始，全国各地陆续接受聚羧酸减水剂，并在中等强度和低强度混凝土中大量应用，目前，聚羧酸高性能减水剂在产量、应用范围上已经逐步接近甚至超过了萘系高效减水剂，成为名副其实的行业主流减水剂[3]。

3 聚羧酸减水剂的合成工艺

从目前国内外发表的研究论文和研究成果来看，聚羧酸高性能减水剂的生产合成工艺主要分为2 大类，一类是聚酯型合成工艺，一类是聚醚性合成工艺。

3.1 聚酯型减水剂

聚酯型减水剂的原材料主要为大分子酯类（MPEG），不饱和酸类，如聚氧乙烯类大单体、马来酸酐等。聚酯合成工艺主要分为2 大步：（1）制备活性中间体，在102℃反应温度下，聚氧乙烯类大单体和马来酸酐在烯丙基磺酸盐类的引发作用下，生成不稳定的活性中间体；（2）马上将活性中间体转移至新的反应釜中，将提供侧链的丙烯酸酯滴加到活性应中间体体系中，经约4h 的聚合反应，最后滴加液碱调节体系pH 至弱酸性，以保持产品的稳定。

聚酯型聚羧酸减水剂生产流程长，而且中间体性质过于活泼，体系稳定性难以保证，很容易在第二步嫁接侧链反应时发生暴聚，出现报废产品。假如反应正常终止，成品的减水性能和保坍性能均很一般。鉴于上述原因，聚酯型减水剂生产工艺目前已经被市场逐步淘汰。

3.2 聚醚性减水剂

聚醚性减水剂的主要原材料为大分子醚类（HPEG 或者TPEG），例如，聚乙二醇单甲基醚，在约65℃的反应温度下，向体系滴加提供侧链的丙烯酸，同时在反应初期滴加连引发剂，根据性能要求，在反应中或者反应行将结束前滴加阻聚剂，最后加入液碱调节体系pH 至弱酸性（pH≈6.5），以保证体系稳定，产品可以长时间存放（3～6 个月）。

随着聚羧酸减水剂上游单体技术进步，以及新型引发剂和调节剂的出现，目前聚醚反应体系可以做到常温反应（25～35℃），即在常温情况下（无须蒸汽加热或者电加热套加热），将大单体溶于反应釜中，直接滴加不饱和酸、引发剂、调节剂，开动反应釜搅拌装置即可，反应时间约为3.5h，大大缩短了反应时间，提高了生产效率，而且产品性能完全满足要求。

4 聚羧酸高性能减水剂的发展现状

聚羧酸高性能减水剂的应用和发展使得减水剂生产厂家和减水剂使用厂家积累了大量的工程实际经验，与此同时也遇到了各种各样的问题。比如，生产厂家为了追求利润，采用性能一般的大单体原材料，生产出的聚羧酸减水剂产品性能单一；如单一地考虑减水率的效果，而轻视了保坍性能；或者单一地考虑保坍性能，而轻视了减水率。针对以上问题，今后聚羧酸减水剂的发展需要予以综合考虑。

1）从上游加强聚羧酸减水剂大单体的研究工作，对于聚羧酸高性能减水剂生产商来说，可以丰富大单体原材料的品种，如减水型大单体、综合性大单体等。根据客户不同的产品性能需求，可以生产出减水型产品、保坍型产品以及2 种性能兼而有之的综合产品。

2）改进聚羧酸减水剂的合成工艺，充分发挥聚羧酸减水剂分子链可以设计的优势，优化聚羧酸减水剂的产品性能，使聚羧酸减水剂既具有良好的减水率，又具有良好的保坍性。

3）细化聚羧酸减水剂产品类型，可以考虑生产出高减水率产品和高保坍性产品，根据实际工况，例如，现场使用的水泥品种、粉煤灰种类、砂石料含泥量等，将2 种类型的产品进行复合使用。

4）关注聚羧酸减水剂复配工作的研究，根据实际工况，如气温、凝结时间等不同的要求，进行辅料（俗称小料）与聚羧酸减水剂产品的复配工作。如葡萄糖酸钠、蔗糖、羟甲基纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠等。

5 聚羧酸类减水剂的应用

5.1 行业应用的促进

聚羧酸高性能减水剂最初大规模应用是在铁路建设行业，后来在公路行业和水利建设行业也取得了长足的发展。总结来说，上述几大行业的业主单位（投资主体）均为国字号单位如铁道部和后来的铁路总公司；各个省的交通厅等；相应的施工单位也均为行业内的国字号单位，如中国铁建、中国建筑等。业主和施工单位的目标一致，就是要做好工程质量，甚至各个行业还各自制定了行业标准，如入围铁路行业，需要聚羧酸减水剂生产单位进行行业认证，即著名的CRCC 认证体系。

5.2 民用市场的发展

得益于聚羧酸高性能减水剂在行业工程中的好口碑，也由于聚羧酸减水剂自身性价比的提高，房地产行业引来了黄金十年的发展期，国家出台政策禁止现场拌和混凝土，各地民商品混凝土搅拌站如雨后春笋般出现了。很快，聚羧酸减水剂的产量和使用范围均达到甚至超过了萘系高效减水剂，坐稳了混凝土减水剂的头把交椅。

6 结语

聚羧酸高性能减水剂由于其优良的性能和绿色环保的特性，是混凝土减水剂以后的发展方向。预计聚羧酸高性能减水剂行业会稳中有进，产量和应用水平也会继续维持在较高的水平。在创新理念的驱动下，继续优化聚羧酸减水剂分子结构，从科技进步中，节约生产成本，提高产品性能，是聚羧酸减水剂发展的根本所在。