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聚合羧酸系高性能減水劑是國(guó)外稱(chēng)為高性能AE減水劑的主要品種，屬于減水劑的第四代產(chǎn)品，現(xiàn)主要用于高強(qiáng)度、高流動(dòng)性混凝土的制造及普通混凝土減水用。該類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)始于上世紀(jì)80年代初，80年代末期即開(kāi)始投入實(shí)際使用。

1．聚合羧酸系高性能減水劑的分子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

減水劑實(shí)際上是一種使水泥粒子高度分散并使分散體系穩(wěn)定的表面活性劑。減水劑的分散效果越好，分散體系越穩(wěn)定，減水效果越好，制造的混凝土的性能就越好，基于這樣的考慮，人們把常用的染料分散劑如萘磺酸甲醛縮合物用于水泥制品中，果真起到了良好的效果。

1．1  DLVO理論

DLVO理論由Derjaguin Laudau 、Verwey 、Over beek等人提出，因此簡(jiǎn)稱(chēng)為DLVO理論。該理論認(rèn)為分散粒子相互接近時(shí)受到兩種力的作用，一種是相互吸引的范德華力VA，另一種是相互排斥的靜電力VR。兩者的合力VT隨粒子間距離而變化。將VT與粒子間距離大小所作的曲線稱(chēng)位能曲線。位能曲線上VT為極大值Vmax時(shí)，這時(shí)粒子就處于分散狀態(tài)，此時(shí)的Vmax稱(chēng)為能量壁壘。Vmax值越大，分散穩(wěn)定性越好。VT實(shí)際上與粒子的ζ電位有關(guān)。因此，通過(guò)測(cè)定水泥粒子表面的ζ電位就可推斷其分散性了。

   當(dāng)水泥粒子吸附在帶有相同電荷的高分子減水劑分子上時(shí)，由于同一分子上帶有數(shù)千乃至數(shù)萬(wàn)個(gè)帶電基團(tuán)，這些帶電基團(tuán)的相互排斥作用的結(jié)果是使Vmax值很大。因此，一般均可獲得滿意的分散效果。

   聚合羧酸類(lèi)減水劑主要由丙烯酸、馬來(lái)酸、丁烯二酸等羧酸類(lèi)引入帶負(fù)電荷基團(tuán)，有時(shí)也可以在分子上引入更強(qiáng)或具有多價(jià)電荷的磺酸根、硫酸根、磷酸根。

1．2 空間效應(yīng)理論

空間效應(yīng)理論也稱(chēng)為熵效應(yīng)理論，由Mackor**先提出，后來(lái)又被Fisher，ottavill等稱(chēng)為滲透壓效應(yīng)理論。該理論同樣也用位能曲線來(lái)說(shuō)明。

當(dāng)水泥粒子吸附在帶有長(zhǎng)側(cè)鏈的減水劑分子上時(shí)，這些吸附粒子相互越靠近時(shí)，所受到的空間位阻就越大，反之就越小?？臻g位阻VR與粒子間距離變化曲線就是位能曲線。當(dāng)VR越大時(shí)，分散性就越好。

VR的大小與分散劑（減水劑）的分子結(jié)構(gòu)、吸附量的多少有關(guān)，因此可通過(guò)計(jì)算不同分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)及吸附層的厚度的熵效應(yīng)來(lái)推斷。

在聚合羧酸系中，在保持強(qiáng)力靜電排斥的同時(shí)，若又引入具有較大空間位阻的側(cè)基，同時(shí)發(fā)揮二者的作用，可收到更好的減水效果，這就是聚合羧酸系較萘系等具有更好的減水效果的原因。當(dāng)然，在進(jìn)行聚合羧酸系分子設(shè)計(jì)時(shí)，還必須考慮到側(cè)基大小對(duì)靜電排斥的屏蔽作用及對(duì)整個(gè)分子水溶性的影響。**近我們用丙烯酸、丙烯酸高級(jí)醇酯進(jìn)行共聚，考察了減水劑中分子的摩爾比及側(cè)鏈長(zhǎng)度對(duì)減水效果的影響。所用的醇為正丁醇、十二醇、十六醇及十八醇。當(dāng)用正丁醇時(shí)，減水效果不算理想，用十二醇時(shí)效果**佳，用十八醇時(shí)，當(dāng)丙烯酸酯的摩爾百分?jǐn)?shù)在30%左右時(shí)就不溶于水了，完全無(wú)減水效果。

1．3  Depletion理論

Depletion理論是D·H·Napeper等人于1980年提出。該理論認(rèn)為聚合體即使不吸附，處于游離狀態(tài)時(shí)，也顯示出良好的分散、凝聚效果。

2．聚合羧系減水劑的分類(lèi)

2．1 按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)

根據(jù)上述分子設(shè)計(jì)，目前已開(kāi)發(fā)及正在開(kāi)發(fā)的聚合羧系多為具有帶電荷的分子鏈段和不帶電荷的分子鏈段構(gòu)成，不帶電荷鏈段中，常常帶有長(zhǎng)鏈側(cè)基。主要分成以下十四類(lèi)：

1、  丙烯酸鹽

2、  馬來(lái)酸與烯烴的共聚體

3、  苯乙烯與馬來(lái)酸的共聚體

4、  苯乙烯與馬來(lái)酸單酯共聚體

5、  丙烯酸與丙烯酸酯共聚體

6、  丙烯酸鹽與丙烯酸酯及其它烯類(lèi)的多元共聚體

7、  丙烯酸酯部分交聯(lián)體

8、  苯乙烯-馬來(lái)酸-烯丙醚共聚體

9、  烯丙醚-馬來(lái)酸單酯共聚體

10、          丙烯酸鹽-丙烯酸三乙醇胺環(huán)氧乙烷加成物共聚體（多支鏈型）

11、          反應(yīng)型高分子減水劑

12、          活性持續(xù)減水劑

13、          聚丙烯酰胺部分加水解物

14、          丙烯酸鹽-丙烯酸酯-丙烯酰胺三元共聚體

2．2 按對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響分類(lèi)

  （1）、標(biāo)準(zhǔn)型：減水率大于18%，與未加添加劑相比，初凝在-30~+120。終凝也在-30~+120內(nèi)。

  （2）、遲延型：減水率大于18%，與未加添加劑相比，初凝在+90~+240。終凝也在+240以下。

  （3）、徐放型：

  （4）、活性持續(xù)型：

3．聚合羧酸系減水劑的主要特點(diǎn)：

（1）、具有高的減水率，一般均在18%以上，**高可達(dá)26%；

（2）、由于分子結(jié)構(gòu)的羧基可與游離鈣結(jié)合，對(duì)凝結(jié)時(shí)間往往有一定影響，分子中羧基含量越多，凝結(jié)時(shí)間就越長(zhǎng)。因此可通過(guò)調(diào)節(jié)羧基含量，調(diào)節(jié)其凝結(jié)時(shí)間。有時(shí)它可作延遲劑兼減水劑使用。

（3）、由于石油化工的發(fā)展，發(fā)展聚合羧系減水劑的原料易得，合成工藝也較簡(jiǎn)單，因此生產(chǎn)成本大多不算很高，使之有較好的發(fā)展條件。

4．         合羧系減水劑的用途

（1）、主要用于高強(qiáng)度混凝土的制造；

在超高層建筑，混凝土的輕量化，大型土木工程中已廣泛使用。它可使結(jié)合材的WC減少，空隙率減少，因而可大大提高混凝土強(qiáng)度。

   （2）、高流動(dòng)性混凝土的制造

在混凝土中添加此類(lèi)減水劑后，其流動(dòng)性可大大提高，在澆鑄時(shí)易充滿型框，凝結(jié)后的混凝土表明光滑、美觀。在和高爐灰等混合使用時(shí)，可制得由管道泵送的水泥漿及部分混凝土（碎石極小時(shí)）。此類(lèi)混凝土及水泥漿在外力作用下易流動(dòng)，但外力去除后，塌落度卻保持良好。因此可通過(guò)管道噴射用以保護(hù)隧道壁、坡面等。

   （3）、在制造普通混凝土?xí)r，也可添加此類(lèi)減水劑與其它價(jià)格更廉價(jià)的減水劑的混合物，起到花錢(qián)不多，減水效果更好的作用。

5．今后的發(fā)展趨勢(shì)

在我國(guó)，聚合羧酸類(lèi)減水劑的使用才剛剛開(kāi)始，正處于產(chǎn)品更新?lián)Q代期間，因此積極宣傳、推廣此類(lèi)減水劑則是首要任務(wù)。此類(lèi)減水劑在世界范圍內(nèi)，品種雖已不少，但國(guó)內(nèi)目前品種仍很少，開(kāi)發(fā)更多新品種，以滿足市場(chǎng)需要也是科技界的迫切任務(wù)。

在此類(lèi)減水劑的推廣應(yīng)用中，一定會(huì)出現(xiàn)許多新的工藝問(wèn)題，這些問(wèn)題也是極需建筑領(lǐng)域的專(zhuān)家、學(xué)者及化學(xué)專(zhuān)家們積極配合，共同解決。

開(kāi)發(fā)減水率更高、性能更優(yōu)異、適用性更強(qiáng)的世界級(jí)新產(chǎn)品也是今后發(fā)展的主要方向。從分散、凝結(jié)理論來(lái)看，在聚合羧酸中引入帶有多價(jià)電荷，相互作用更強(qiáng)的磷酸根、硫酸根、磺酸根可進(jìn)一步提高減水率，在分子中引入磺酸根的新品種已有報(bào)道，但品種極少。采用多元共聚，同時(shí)滿足DLVO電荷排斥理論、Machor的空間效應(yīng)及D·H·Napeper的自由吸附理論要求，并使之達(dá)到**佳的平衡效果?？赏_(kāi)發(fā)出性能極優(yōu)的新品種。