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聚羧酸高效減水劑作為第三代高性能減水劑的代表，是當(dāng)今減水劑行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向。本文結(jié)合了聚羧酸系高效減水劑的發(fā)展歷程、分類、性能特點(diǎn)、發(fā)展過程中所存在的問題及今后的發(fā)展趨勢，對聚羧酸減水劑的特性和應(yīng)用展開了綜述并提出建議。
聚羧酸高效減水劑是當(dāng)今減水劑行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向，除具有綠色環(huán)保、高強(qiáng)度、高減水率、低摻量、分散性和分散保持性好等性能優(yōu)點(diǎn)外，其另一個主要特性是分子結(jié)構(gòu)自由度大，可以通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計獲得預(yù)期性能優(yōu)異的多用途高效減水劑。我國近幾年在聚羧酸系高性能減水劑的研究和應(yīng)用方面取得了快速發(fā)展，但國內(nèi)對聚羧酸系高性能減水劑的應(yīng)用技術(shù)研究還處于起步發(fā)展階段，由于我國目前大多數(shù)外加劑都是以萘系高效減水劑為基礎(chǔ)開發(fā)得到的，而萘系減水劑與聚羧酸系高性能減水劑結(jié)構(gòu)與性能相差甚遠(yuǎn)，萘系減水劑與其它外加劑復(fù)配理論和經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)不再適用，因此工程實(shí)踐中遇到的許多問題都是新問題。北方地區(qū)冬季使用聚羧酸系高性能減水劑在防凍早強(qiáng)方面的問題就是急需研究解決的問題。
聚羧酸減水劑的發(fā)展情況
目前各國對聚羧酸高效減水劑研究和應(yīng)用較多，其中日本的推廣應(yīng)用較為成功。1986年日本觸媒公司率先研發(fā)成功具有一定比例的親水性官能團(tuán)的聚羧酸系高效減水劑，隨后逐漸應(yīng)用在混凝土工程中，1995年后日本的聚羧酸系高效減水劑的使用量達(dá)減水劑用量的80%，1995年列入JISA6024國家標(biāo)準(zhǔn)。相比之下歐美國家對聚羧酸高效能減水劑的研究應(yīng)用晚于日本，1997年的第五屆國際混凝土外加劑會議上歐美地區(qū)的學(xué)者發(fā)表了10余篇有關(guān)聚羧酸高效能減水劑的論文。目前，關(guān)于聚羧酸系列減水劑研發(fā)的美國專利已有100項以上。這些研究與國內(nèi)的研究相比更關(guān)心作用機(jī)理、減水劑對水泥水化與漿體微觀結(jié)構(gòu)的影響，以及新拌混凝土的減水性能和坍落度保持性能、混凝土的引氣、離析泌水、凝結(jié)和可泵送的一些綜合性能。自20世紀(jì)90年代中后期以來，我國的科研單位、高等院校、有實(shí)力的外加劑生產(chǎn)企業(yè)等許多單位通過大量研究，在聚羧酸系高性能減水劑方面取得了不少科研成果，其中中國建筑科學(xué)研究院、上海市建筑科學(xué)研究院等單位具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的研究成果均已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品性能并不遜色于國外產(chǎn)品，已經(jīng)成功用于國內(nèi)多個重要工程中。但是，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)聚羧酸系高性能減水劑產(chǎn)品數(shù)量和產(chǎn)量均尚少。
聚羧酸減水劑的分類
聚羧酸系高性能減水劑有以下幾種分類方法：按主鏈所用的單體不同分為：丙烯酸系、甲基丙烯酸系、衣康酸系、馬來酸酐和馬來酸系及苯乙烯—馬來酸酐共聚系等;
按所用活性單體等原料品種多少不同分為：二元、三元等共聚物;
按表面活性劑的性質(zhì)不同分為：非離子型減水劑和陰離子型減水劑;
按用途不同分為：預(yù)拌混凝土用高流動性保持能力和預(yù)制混凝土制品用高早強(qiáng)性聚羧酸系高性能減水劑;
按照聚羧酸系高性能減水劑的分子結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)將聚羧酸減水劑分為：甲基丙烯酸----甲基丙烯酸酯型、烯基醚型聚羧酸鹽、亞胺/酰亞胺型聚羧酸鹽和兩性聚羧酸鹽。
聚羧酸高性能減水劑性能特點(diǎn)
低摻量與高性能：聚羧酸系減水劑的分散減水機(jī)理獨(dú)具特色，雖然在水泥顆粒表面的吸附量較少，但由于其帶有許多長長的、親水性支鏈，可以產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)，因而摻量少時可以實(shí)現(xiàn)較好的塑化效果。按照同體量計算，摻量一般為0.1%～0.3%，此摻量該減水劑的減水率約與0.6%—0.9%的萘系高效減水劑的減水率相當(dāng)。摻量為膠凝材料用量的0.2%～0.3%(有效成分)時，減水率可高達(dá)25%～35%，有的可高達(dá)40%。
保塑性強(qiáng)，坍落度損失低：聚羧酸系減水劑能有效控制混凝士拌合物的坍落度經(jīng)時損失，而且對硬化時間影響不大。在同樣原材料條件下，聚羧酸系減水劑的保坍性明顯優(yōu)于萘系減水劑，并且混凝土拌合物的整體狀態(tài)也明顯好于萘系，很少存在泌水、分層、緩凝等現(xiàn)象。用聚羧酸減水劑配制的大流動性混凝土在一小時后仍能達(dá)到泵送要求。
適應(yīng)性好：對各種水泥以及混合材料的適應(yīng)性優(yōu)于傳統(tǒng)的減水劑，該性能是由其特殊的分子結(jié)構(gòu)決定的：聚羧酸系高性能減水劑的分子結(jié)構(gòu)呈梳形，其特點(diǎn)是在主鏈上帶有較多的活性基團(tuán)，這些基團(tuán)有磺酸基團(tuán)、羧酸基團(tuán)和羥基基團(tuán)，側(cè)鏈?zhǔn)禽^長的聚烷氧基基團(tuán)等。各基團(tuán)對水泥的分散發(fā)揮不同的作用，一般認(rèn)為，帶有負(fù)電磺酸基和羧酸基可以吸附到水泥顆粒表面，起到錨固作用，也起到一定的靜電排斥作用。長側(cè)鏈在溶液中伸展起到較強(qiáng)的空間位阻作用?？臻g位阻作用對水泥顆粒的分散作用較強(qiáng)，且對電解質(zhì)的影響不像靜電作用那樣敏感，因此聚羧酸系高性能減水劑具有很好的分散作用，對水泥品種的適應(yīng)性也比較好。
生產(chǎn)過程無污染：生產(chǎn)過程中不使用甲醛等對環(huán)境有污染的原料;生產(chǎn)和使用過程中對人體無健康危害，對環(huán)境不造成任何污染。
性能的可設(shè)計性強(qiáng)：可實(shí)現(xiàn)對聚羧酸系高性能減水劑的分子結(jié)構(gòu)與性能的設(shè)計，可根據(jù)混凝土的實(shí)際性能需要進(jìn)行減水劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計。其分子都呈梳形結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是主鏈上帶有多個極性較強(qiáng)的活性基團(tuán);側(cè)鏈上帶有數(shù)量占多數(shù)的親水性烷氧基活性基團(tuán)以及分子鏈較短、數(shù)量少的疏水基，它們必須以合適的比例出現(xiàn)在高分子主鏈上。
原材料選擇范圍廣：可選擇不同種類的共聚單體，提高生產(chǎn)管理的靈活性，更廣闊的研發(fā)空間。
聚羧酸系防凍型減水劑
聚羧酸系高性能減水劑作為防凍劑中減水與引氣組分，在國內(nèi)防凍劑配制上尚處于初級階段，現(xiàn)階段用于早強(qiáng)防凍系列的產(chǎn)品大多以無機(jī)鹽為主，另外鏈烷醇胺、有機(jī)醇，如三乙醇胺及三異丙醇胺使用頻率也很高。
通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，聚羧酸高性能減水劑與鏈烷醇胺、有機(jī)醇、硫氰酸鹽按一定的比例復(fù)合后，能夠有效改善低溫條件下水泥膠砂試件及混凝土的抗凍性;相比之下，同樣有機(jī)組分與硫代硫酸鹽復(fù)配以后，對試件抗凍性提高不明顯。
聚羧酸高性能減水劑與鏈烷醇胺、有機(jī)醇、硫氰酸鹽組分防凍劑是由具有不同功能的有機(jī)、無機(jī)材料組成的多功能復(fù)合防凍劑，如弗克公司的復(fù)合型防凍劑FOXSUZAN-100就是這類的，它最低能在-10℃使用。由于不含氯鹽和其他有促銹作用的物質(zhì)，不會引起鋼筋銹蝕。可大幅度減少水泥的拌和用水，對水泥顆粒具有很強(qiáng)的分散作用、塑化作用和促硬增強(qiáng)作用，加速試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形成，而且摻量低。早強(qiáng)防凍組分減水劑中由于高效減水劑的合理引氣作用，可以使防凍試件的孔結(jié)構(gòu)發(fā)生重要改善：大孔減少，小孔、微孔增多，孔分布均勻，這種改善有利于提高混凝土的抗凍耐久性。
結(jié)語
國產(chǎn)聚羧酸系高性能減水劑占有的市場份額相比于國外產(chǎn)品還有差距，所以，我國聚羧酸系高性能減水劑的研發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)以及工程應(yīng)用在總體上仍然處于初始階段，展望未來，任重而道遠(yuǎn)。
聚羧酸減水劑的現(xiàn)狀和應(yīng)用 最新評論:
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