浅谈聚羧酸系高效减水剂的作用机理及合成工艺
近几十年来，我国的混凝土工程技术取得了很大进步，高性能混凝土、自密实混凝土的应用越来越广泛，因此，对高效减水剂的要求也越来越高。聚羧酸系高效减水剂是近几年发展的新型高效减水剂，其主要成分为聚羧酸盐或脂的聚合物，其分散能力强，减水率高，对水泥的适应性好，将是今后高效减水剂研究和发展的重点。研究开发新型的聚羧酸系减水剂受到国内外广泛关注，代表了高效减水剂的主要发展方向。
1、聚羧酸系高效减水剂的作用机理
聚羧酸系减水剂由于其优异性能而引起业内广泛的关注。为了有效开发这一类型的减水剂，对其减水机理的研究非常重要。减水剂分散减水机理主要包括以下几个方面。
1.1水化膜润滑作用。聚羧酸减水剂由于分子结构中存在具有亲水性的极性基，可使水泥颗粒表面形成一层具有一定机械强度的溶剂化水膜。水化膜的形成可破坏水泥颗粒的絮凝结构，释放包裹于其中的拌合水，使水泥颗粒充分分散，并提高了水泥颗粒表面的润湿性，同时对水泥颗粒及骨料颗粒的相对运动具有润滑作用，所以在宏观上表现为新拌混凝土流动性增大，和易性好。
1.2静电斥力作用。水泥颗粒的稳定性主要由静电斥力和范德华引力的平衡来决定。减水剂加入到新拌混凝土中，其中的负离子就会在水泥粒子的正电荷的作用下定向吸附在水泥颗粒表面，形成扩散双电层的离子分布，使得水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒絮凝结构解体，颗粒相互分散，释放出包裹于絮团中的自由水，从而有效地增大拌合物的流动性。
1.3空间位阻作用。一般认为所有的离子聚合物都会引起静电斥力和空间位阻斥力两种作用力，聚羧酸类减水剂吸附在水泥颗粒表面，虽然使水泥颗粒的负电位降低较小，静电斥力较小，但是由于其主链与水泥颗粒表面相连，支链则延伸进入液相形成较厚的聚合物分子吸附层，从而具有较大的空间位阻斥力，所以在掺量较小的情况下便对水泥颗粒具有显著的分散作用。
1.4引气隔离“滚珠”作用。聚羧酸系减水剂由于能降低液气界面张力，具有一定的引气作用。减水剂加入混凝土拌合物中，不但能吸附在固液界面上，使混凝土拌合物中易于形成许多微小气泡。减水剂分子定向排列在气泡的液气截面上，使气泡表面形成一层水化膜。同时带上与水泥颗粒相同的电荷。气泡与气泡之间，气泡与水泥颗粒之间均产生静电斥力，对水泥颗粒产生隔离作用，从而阻止水泥颗粒之间凝聚。而且气泡的滚珠和浮托作用，也有助于新拌混凝土中水泥颗粒、骨料颗粒之间的相对滑动。因此，减水剂所具有的引气隔离滚珠作用可以改善混凝土拌合物的和易性。
其实，混凝土减水剂的减水机理是个颇为复杂的问题。关于高性能减水剂的
作用机理，已有很多学者研究，但作为指导生产和实践的有关理论，仍然存在着不同的解释，自然不利于减水剂的实践和开发工作。笔者认为，我们客观地需要一套系统的科学理论，对减水剂减水机理进行理性的解释。
2、聚羧酸系减水剂的合成工艺
目前，国内外生产聚羧酸系减水剂主要通过聚合物嫁接支链和大单体共聚等两种途径获得，前者使用较低分子的羧酸聚合物与甲氧基聚氧化乙烯基醇或甲氧基聚氧化乙烯基胺等原材料，通过羧酸聚合物分子结构中的羧基与甲氧基聚氧化乙烯基醇或胺分子末端的羟基或氨基进行酯化或酰胺化反应，获得结构比较明确的接枝共聚物，形成路线简单，但原材料来源及工艺控制比较困难；后者则是先接枝再聚合，由含有聚氧化烯基长链的大分子单体与其它可聚合单体，通过一定的分子结构设计，选择合适的工艺进行自由基共聚合成，具有更大的灵活性，大单体共聚方法是目前国内外普遍采用的生产方法。
合成聚羧酸高性能减水剂用到的原材料均为石油化工的下游产品，所用的原材料包括环氧乙烷或环氧丙烷、甲醇、甲基丙烯酸、对甲苯磺酸、对苯二酚以及无机盐过硫酸铵等。目前聚羧酸系高性能减水剂合成方法大体有：可聚合单体直接共聚法；聚合后功能化法；原位聚合与接枝。
聚羧酸高性能减水剂产品合成工艺路线简单、周期短、工艺合理、过程可控制性好、有完善的质量控制措施。生产过程无三废排放、原料有保证、节约能源，符合国家可持续发展的战略要求。
3、聚羧酸高性能减水剂发展前景
聚羧酸混凝土外加剂的优点为掺量低，保持坍落度性能好，在高强和低水灰比的高流动性混凝土中使用越来越多。从我国聚羧酸系高性能减水剂的生产与应用现状来看，我国聚羧酸系高性能减水剂应向下列方向发展：
3.1聚羧酸系减水剂合成方面：由于聚羧酸系高性能减水剂在合成方法、合成原料的选择，合成过程的控制等方面还存在一定的问题。分析聚羧酸高性能减水剂的分子结构和性能的关系，研究合成步骤和控制结构的方法。对推动我国研究混凝土外加剂的合成和生产意义重大。
3.2聚羧酸系减水剂应用方面：由于聚羧酸系高性能减水剂性能不太稳定，品种性能单一，与水泥的适应性以及与其它减水剂的相容性还存在一定的问题等严重影响了聚羧酸系高性能减水剂的推广应用。随着我国经济与城市建设的快速发展，聚羧酸系减水剂工业将会得到快速发展。未来聚羧酸系减水剂将进一步朝高性能、多功能化、生态化方向发展，不断向着开发多系列聚羧酸系减水剂母体、多功能的聚羧酸系减水剂衍生产品等方向发展。随着我国聚羧酸系高性能减水剂的国家标准的制定，将更加有利于聚羧酸系减水剂工业的健康、快速、持续发展。
结束语
聚羧酸系高性能减水剂其优异的性能已被人们所认识，目前，这类新型的高性能混凝土外加剂主要应用在我国一些大型桥梁工程、水利工程、隧道工程，而产量大的工业与民用建筑混凝土应用此类外加剂所占的比例还很小，国外产品占据了主要市场。很多厂家都是从国外引进生产线，没有掌握核心技术，不具备独立开发的能力，且生产聚羧酸的主要原料还需要进口，因此有必要加快开发推广高性能、多功能化、生态化的高性能聚羧酸系减水剂。
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