浅谈聚羧酸减水剂的研究进展

随着人类文明的不断演化，科学技术知识的日趋健全，电子化、信息化、技术化、工业化步伐阔步前进，城市高楼林立，城野高速公路交错纵横，与之息息相关的混凝土建筑施工过程中不可或缺的减水剂也在更新换代。目前广泛使用的聚羧酸减水剂已是继木质素、奈系减水剂之后的第三代减水剂，作为一种优良的混凝土外加剂，聚羧酸减水剂极大的提高了传统混凝土各个方面的性能，为工业化进程做出了巨大的贡献，其适应性广，在不同种类的水泥和砂石制混凝土中都能发挥良好的作用。在聚羧酸减水剂发展过程中，众多的研究学者也在对其进行多方面的研究。本文就近几年有关聚羧酸减水剂的发展研究做了简单的概括陈述，主要着眼于不同种类聚羧酸减水剂的最新研究成果。随着工程建筑施工技术要求的不断提高，聚羧酸减水剂从最初的高减水、高保坍型不断演化发展，进而出现了今天异彩纷呈的聚羧酸减水剂，但主要多呈现出以下几种类型。1保坍型和超保坍型聚羧酸减水剂此类减水剂的诞生源于砂石材料的较高的含泥量或含粉量，在机制山砂较为频繁的西南地区使用最为普遍。此类减水剂的合成均是在减水剂合成的过程中，通过引入具有保坍功能的活性不饱和单体，从而开发出了一种具有优异坍落度保持能力和一定分散性能的缓释保坍型聚羧酸减水剂。常用的保坍型不饱和单体有丙烯酸羟乙酯（HEA）及丙烯酸羟丙酯（HPA）等，此类减水剂在一般含泥量(亚甲蓝值低于2.0)的混凝土中能使混凝土2～3h坍落度无损失，超过3h后混凝土坍落度损失较快，在超高层建筑或运输距离较远的工地，一般要求混凝土坍落度4～6h无损失，且混凝土凝结时间及后期强度不受影响，能满足此要求的减水剂称为超保坍型聚羧酸减水剂。近两年，南京水利科学研究院[1]及广东复特新型材料科技有限公司[2]在超保坍型聚羧酸减水剂方面取得一定进展，在特定条件下能实现4～6h的长时间保坍。2功能型聚羧酸减水剂在实际工程施工过程中，有时会遇到减水和保坍不能兼得的情况，通常市场上出售的减水剂主要为减水型和保坍型，减水型保坍性较差，保坍型减水率又较低，需按比例复配使用，在砂石材料较好的地区，两种减水剂按比例复配使用不仅增加了生产工艺的复杂性，还容易引起生产质量的波动，这些地区一般使用的减水剂既具有较高减水率也有良好的保坍性，称之为功能型减水剂。巴斯夫410是目前使用较多的功能型母液，但成本相对较高。因此，国内不少公司也在研究探索。2016年，贵州科之杰新材料有限公司邓磊[3]等通过正交实验分析法合成了一种性能与巴斯夫410相近的减水母液S04B，该款母液与巴斯夫410相比具有较高的性价比，在许多特殊工程中已得到广泛应用。随着实际施工的需要，目前国内功能型减水剂品种较为繁多，如早强型减水剂及缓凝型减水剂等。3缓释型聚羧酸减水剂2014年，三峡大学化学与生命科学院崔子亮等[4]通过水溶液自由基共聚法合成出了一种缓释型的聚羧酸减水剂，该减水剂具有很好的缓释效果，在35℃高温条件下水泥净浆流动度初始可达258mm，1.5h损失仅30mm，缓释效果显著。缓释型聚羧酸减水剂是一种在短时间内缓慢释放的聚羧酸产品，不同于保坍型聚羧酸减水剂的是这类型减水剂在短时间内释放出减水效果后混凝土坍落度便会迅速损失，而不像保坍型那样坍落度保持能力较好。2016年，科之杰新材料集团有限公司李祥河等[5]通过先酯化再共聚的试验方法制得了一种缓释型的聚羧酸减水剂，该减水剂与其它减水剂相比，具有很好的提高混凝土后期保坍性能和早强作用效果，且该减水剂在和易性和分散性上相比于普通减水剂得到了一定程度上的改善。4低收缩及减缩型聚羧酸减水剂混凝土收缩是在混凝土施工过程中常遇见的现象，它是由混凝土表面张力引起的，较大的收缩会严重影响混凝土工程质量。2013年，北京工业大学路芳[6]通过酯化和聚合等方法，优化减缩单体的酯化工艺及减缩型聚羧酸减水剂的合成配方，合成出了一种具有减水和减缩良好作用效果的减缩型聚羧酸减水剂，该减水剂与普通的聚羧酸减水剂相比，大大降低了其表面张力，且其净浆流动度效果明显优于普通的聚羧酸减水剂，同时其减缩效果也更加优越。2014年，北京东方雨虹防水技术股份有限公司熊卫锋等[7]也研发了一种性能更加优越的聚羧酸减水剂，其研究指出该减水剂不仅具有很好的减水分散性，而且还具有减缩、保坍等功能，可以说该减水剂是一种多功能的聚羧酸减水剂。5降粘型聚羧酸减水剂高强度混凝土施工过程中，会遇到混凝土粘重，流速慢等现象，这种现象极易造成高层泵送混凝土堵管事故，影响了工地的正常施工并造成较大经济损失，为了满足实际施工的需要，很多搅拌站或建材公司都会使用一种特殊的外加剂，降粘型聚羧酸减水剂。2016年，江苏中铁奥莱特新材料有限公司王毅等[8]通过氧化还原引发作用设计分子结构和优化合成工艺，自由基共聚合制得了一种降粘型的聚羧酸系高性能减水剂，研究结果表明该减水剂的降粘能力优于普通市售的聚羧酸减水剂，具有优异的混凝土低收缩和流动特性，具有较好的应用前景。6抗泥型聚羧酸减水剂粘土或石粉是机制山砂特有的成份，不像河砂那样，含有粘土或石粉的机制砂对聚羧酸减水剂的应用影响较大，实际施工难以推广。粘土或石粉颗粒巨大的比表面积对聚羧酸减水剂有较强的吸附作用，聚羧酸减水剂被吸附后便不能很好的与水泥颗粒结合从而失去减水效果。因此，抗泥剂一时间成了各国科研工作者研究的重点，但由于粘土或石粉的种类及组分相对复杂，抗泥剂的研究与应用未取得明显进展，再加上抗泥剂的使用明显提高了单方混凝土的生产成本，许多建材单位及科研工作者重新把目光投向了抗泥型聚羧酸减水剂上。2015年，台州四强新型建材有限公司叶慈彪等[9]针对聚羧酸减水剂对粘土敏感性高的问题设计合成了一种抗泥型的聚羧酸减水剂。该实验研究旨在指出酯基可有效提高聚羧酸减水剂的抗泥性，降低混凝土坍落度损失，这一研究为抗泥型聚羧酸减水剂以后的发展提供了基础的理论指导和技术支持。2016年，河北三楷深发科技股份有限公司骆志超等[10]通过往醚类大单体中引入功能型小单体的方法，在氧化还原体系下合成出了一种具有减水率高、混凝土经时损失小、硬化混凝土强度高、耐久性好等多种优势的抗泥型低坍损的聚羧酸减水剂。该减水剂中所含有的多种功能性基团使其具有多种普通减水剂所没有的新功能和优异的性能。但纵观抗泥型聚羧酸减水剂的发展，均呈现出对特定砂石的明显抗泥效果，未有广泛的普适性和良好的经济性，需要更多科研工作者的继续探索。近几年聚羧酸减水剂的发展，除以上简要概括的几种类型外，还有三元共聚型、四元共聚型、智慧型、徐放型、微波作用下酰胺型、低温合成型、低能耗高保坍型、促凝早强型和超级保坍型等多种功能型的聚羧酸减水剂，并都取得了很好的研究成果，极大的拓宽了聚羧酸减水剂的研究领域。7展望随着工业化步伐的逐渐迈进，工程建设施工的大力发展，聚羧酸减水剂在我国的应用将会更加普遍；但同时聚羧酸减水剂的发展也处于瓶颈阶段，一方面受制于上游原材料聚醚或聚酯的成本限制，聚羧酸减水剂不能更好地推广与应用，很多客户仍在使用萘系或脂肪族系减水剂，另一方面，聚羧酸减水剂的减水率及保坍性能很难现行基础上进一步提高，许多的研发工作都只是在原有体系上