聚羧酸系高性能减水剂及其应用技术【2】
发布时间:2012-08-11 13:14:51
2、聚羧酸系高性能减水剂的定义与分类
2.1定义
聚羧酸系高性能减水剂是一类分子结构为含羧基接枝共聚物的表面活性剂，分子结构呈梳形，主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚而获得，主链系由含羧基的活性单体聚合而成、侧链系由含功能性官能团的活性单体与主链接枝共聚而成，具有高减水率并使混凝土拌合物具有良好流动性保持效果的减水剂。
2.2 分类
和萘系、蜜氨系等第二代高效减水剂不同，聚羧酸系高性能减水剂不是一种定型产品，而是具有一定共性的系列产品，因分子结构不同而对混凝土性能的改善程度稍有不同。所以，一方面对于聚羧酸系高性能减水剂的性能特点不能一概而论，另一方面，清晰而明确的分类，对于新产品研制和推广应用都是十分重要的。但是，限于我国在此方面的科研开发水平和技术保密等原因，在现阶段只能大致分类如下：
按主链所用原材料不同分为：丙稀酸、甲基丙稀酸系和马来酸酐、马来酸系等；
按所用活性单体等原材料品种多少不同分为：二元、三元等共聚物；
按表面活性剂的性质不同分为：非离子型减水剂和阴离子型减水剂；
按制备工艺不同分为：一步法产品和二步法产品；
按用途不同分为：预拌大流动性混凝土用和预制混凝土制品用。
对聚羧酸系高性能减水剂进行明确而合理的分类对于该类产品研制和工程应用是必要的，对于该类产品的健康发展具有重要意义。随着研发工作的不断深入，相信此项工作会越来越完善。
3、聚羧酸系高性能减水剂性能特点综述
3.1 概述
3.1.1推广应用聚羧酸系高性能减水剂是混凝土质量向高性能化方向发展的必然要求
“高性能混凝土”是指具有高耐久性、高强度、高流动性的混凝土，是国外20世纪90年代初提出的一个概念，并非那时已研制出。自此概念提出以来，一直是混凝土科研与工程技术人员的努力方向，其最大特点应该是：（1）高耐久性，其使用寿命应能达到100年以上。（2）施工性能好，优良的施工性能将会拓宽混凝土的使用范围，推动混凝土施工工艺的发展。而要提高混凝土的上述性能，在很大程度上必须依赖于减水剂性能的大幅度提高。实践证明，以萘系为代表的第二代高效减水剂难以满足高性能混凝土对减水剂的性能要求。用于配制高性能混凝土的高性能减水剂在某些重要指标上必须要比普通的、传统的高效减水剂有较大的提高，例如减水率、坍落度经时损失、混凝土收缩率比等指标。而第三代聚羧酸系高性能减水剂的性能更优越、更接近于高性能混凝土对于减水剂的性能要求，所以，推广应用聚羧酸系高性能减水剂是混凝土质量向高性能化方向发展的必然要求。
3.1.2 推广应用聚羧酸系高性能减水剂是由其自身的高性能决定的
与萘系等第二代减水剂相比，第三代聚羧酸系高性能减水剂的性能必须具有质的提高，其作为萘系理想的更新换代产品才是可能的，否则只能是一相情愿。所以，不断研究和总结不同品种聚羧酸系高性能减水剂的性能特点，是推广应用过程中的重要工作之一。
3.2聚羧酸系高性能减水剂性能特点
3.2.1概述
与萘系等第二代高效减水剂相比，聚羧酸系高性能减水剂具有一系列显著的性能特点，主要包括其本身的结构特点和掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土的性能特点，对于产品研发制备单位来说，他们主要关心的是前者；而对于广大用户来说，更关心的是后者。
下面，试将聚羧酸系高性能减水剂的上述二类性能特点分别综述如下。
3.2.2聚羧酸系高性能减水剂分子结构性能特点
（1） 分子结构呈梳形、自由度大，可对其进行分子结构设计，并可通过比较简单的合成工艺制造出所需要的高性能减水剂。
（2） 主链较短，但可以接枝不同的活性基团，如羧酸基团（－COOH）、羟基基团（－OH）、聚氧烷基烯基团（－（CH2CH2O）m－R）等。
（3） 侧链较长，带有亲水性的活性基团，其吸附形态主要为梳形柔性吸附，可形成网状结构，具有较高的空间位阻效应等。
（4） 该类产品分子结构中主链的原材料来源广泛，通常有丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、马来酸酐等。
3.2.3掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土的性能特点
与掺萘系等第二代高效减水剂的混凝土性能相比，掺聚羧酸系高性能减水剂的混凝土具有显著的性能特点，有些已被许多试验结果和工程实践所证实，有些尚需进一步研究、讨论和试验加以证实。具体综述、讨论如下：
1、 掺量低、减水率高。
按固体掺量计，聚羧酸系高性能减水剂的一般正常掺量在胶凝材料重量的0.2%（0.15~0.25%）左右，为萘系一般正常掺量的1/4左右，在此掺量下，我们对国内外共11种样品，按GB8076—1997测定其减水率，一般均在25%~30%之间；在接近极限掺量0.5%左右时，其减水率可达45%~48%以上。与萘系相比，减水率大幅提高，掺量大幅度降低，减水率这一基本性能的优势十分明显。并且带入混凝土中的有害成分大幅度减少、单方混凝土成本可基本达到与萘系高效减水剂相当。
2、 混凝土拌合物的流动性和流动保持性好、坍落度损失低。
尽管混凝土拌合物流动保持性能好是聚羧酸系高性能减水剂的显著特点之一，但由于我国水泥的品种和质量总体上复杂多变，所以该类减水剂仍然存在与水泥的适应性问题。但许多对比试验与工程实践证明：在同样原材料条件下，掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土拌合物的流动性和流动保持性要明显好于萘系，并且混凝土拌合物的整体状态也明显好于萘系，很少存在泌水、分层、缓凝等现象。当然，对于某些适应性不好的水泥品种，仍然需要通过复配缓凝保塑剂或者木钙等第一代普通减水剂的方法来加以解决。这也是第三代聚羧酸系高性能减水剂在这一新的平台上需要继续重点研究并实践的内容之一。
2.1定义
聚羧酸系高性能减水剂是一类分子结构为含羧基接枝共聚物的表面活性剂，分子结构呈梳形，主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚而获得，主链系由含羧基的活性单体聚合而成、侧链系由含功能性官能团的活性单体与主链接枝共聚而成，具有高减水率并使混凝土拌合物具有良好流动性保持效果的减水剂。
2.2 分类
和萘系、蜜氨系等第二代高效减水剂不同，聚羧酸系高性能减水剂不是一种定型产品，而是具有一定共性的系列产品，因分子结构不同而对混凝土性能的改善程度稍有不同。所以，一方面对于聚羧酸系高性能减水剂的性能特点不能一概而论，另一方面，清晰而明确的分类，对于新产品研制和推广应用都是十分重要的。但是，限于我国在此方面的科研开发水平和技术保密等原因，在现阶段只能大致分类如下：
按主链所用原材料不同分为：丙稀酸、甲基丙稀酸系和马来酸酐、马来酸系等；
按所用活性单体等原材料品种多少不同分为：二元、三元等共聚物；
按表面活性剂的性质不同分为：非离子型减水剂和阴离子型减水剂；
按制备工艺不同分为：一步法产品和二步法产品；
按用途不同分为：预拌大流动性混凝土用和预制混凝土制品用。
对聚羧酸系高性能减水剂进行明确而合理的分类对于该类产品研制和工程应用是必要的，对于该类产品的健康发展具有重要意义。随着研发工作的不断深入，相信此项工作会越来越完善。
3、聚羧酸系高性能减水剂性能特点综述
3.1 概述
3.1.1推广应用聚羧酸系高性能减水剂是混凝土质量向高性能化方向发展的必然要求
“高性能混凝土”是指具有高耐久性、高强度、高流动性的混凝土，是国外20世纪90年代初提出的一个概念，并非那时已研制出。自此概念提出以来，一直是混凝土科研与工程技术人员的努力方向，其最大特点应该是：（1）高耐久性，其使用寿命应能达到100年以上。（2）施工性能好，优良的施工性能将会拓宽混凝土的使用范围，推动混凝土施工工艺的发展。而要提高混凝土的上述性能，在很大程度上必须依赖于减水剂性能的大幅度提高。实践证明，以萘系为代表的第二代高效减水剂难以满足高性能混凝土对减水剂的性能要求。用于配制高性能混凝土的高性能减水剂在某些重要指标上必须要比普通的、传统的高效减水剂有较大的提高，例如减水率、坍落度经时损失、混凝土收缩率比等指标。而第三代聚羧酸系高性能减水剂的性能更优越、更接近于高性能混凝土对于减水剂的性能要求，所以，推广应用聚羧酸系高性能减水剂是混凝土质量向高性能化方向发展的必然要求。
3.1.2 推广应用聚羧酸系高性能减水剂是由其自身的高性能决定的
与萘系等第二代减水剂相比，第三代聚羧酸系高性能减水剂的性能必须具有质的提高，其作为萘系理想的更新换代产品才是可能的，否则只能是一相情愿。所以，不断研究和总结不同品种聚羧酸系高性能减水剂的性能特点，是推广应用过程中的重要工作之一。
3.2聚羧酸系高性能减水剂性能特点
3.2.1概述
与萘系等第二代高效减水剂相比，聚羧酸系高性能减水剂具有一系列显著的性能特点，主要包括其本身的结构特点和掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土的性能特点，对于产品研发制备单位来说，他们主要关心的是前者；而对于广大用户来说，更关心的是后者。
下面，试将聚羧酸系高性能减水剂的上述二类性能特点分别综述如下。
3.2.2聚羧酸系高性能减水剂分子结构性能特点
（1） 分子结构呈梳形、自由度大，可对其进行分子结构设计，并可通过比较简单的合成工艺制造出所需要的高性能减水剂。
（2） 主链较短，但可以接枝不同的活性基团，如羧酸基团（－COOH）、羟基基团（－OH）、聚氧烷基烯基团（－（CH2CH2O）m－R）等。
（3） 侧链较长，带有亲水性的活性基团，其吸附形态主要为梳形柔性吸附，可形成网状结构，具有较高的空间位阻效应等。
（4） 该类产品分子结构中主链的原材料来源广泛，通常有丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、马来酸酐等。
3.2.3掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土的性能特点
与掺萘系等第二代高效减水剂的混凝土性能相比，掺聚羧酸系高性能减水剂的混凝土具有显著的性能特点，有些已被许多试验结果和工程实践所证实，有些尚需进一步研究、讨论和试验加以证实。具体综述、讨论如下：
1、 掺量低、减水率高。
按固体掺量计，聚羧酸系高性能减水剂的一般正常掺量在胶凝材料重量的0.2%（0.15~0.25%）左右，为萘系一般正常掺量的1/4左右，在此掺量下，我们对国内外共11种样品，按GB8076—1997测定其减水率，一般均在25%~30%之间；在接近极限掺量0.5%左右时，其减水率可达45%~48%以上。与萘系相比，减水率大幅提高，掺量大幅度降低，减水率这一基本性能的优势十分明显。并且带入混凝土中的有害成分大幅度减少、单方混凝土成本可基本达到与萘系高效减水剂相当。
2、 混凝土拌合物的流动性和流动保持性好、坍落度损失低。
尽管混凝土拌合物流动保持性能好是聚羧酸系高性能减水剂的显著特点之一，但由于我国水泥的品种和质量总体上复杂多变，所以该类减水剂仍然存在与水泥的适应性问题。但许多对比试验与工程实践证明：在同样原材料条件下，掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土拌合物的流动性和流动保持性要明显好于萘系，并且混凝土拌合物的整体状态也明显好于萘系，很少存在泌水、分层、缓凝等现象。当然，对于某些适应性不好的水泥品种，仍然需要通过复配缓凝保塑剂或者木钙等第一代普通减水剂的方法来加以解决。这也是第三代聚羧酸系高性能减水剂在这一新的平台上需要继续重点研究并实践的内容之一。