高效減水劑的研究進(jìn)展

郭麗芳　郭蘭　張招貴　王志勇
(南昌大學(xué)化學(xué)系　南昌　330047)
摘　要：重點(diǎn)敘述了高效減水劑的特點(diǎn)，研究和發(fā)展的狀況。提出一些亟待深入研究的問題及高效減水劑的研究發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：高效減水劑　綜述　發(fā)展趨勢

減水劑是目前研究和使用最廣泛的一種混凝土外加劑，外加劑已成為混凝土除水泥、砂、石以外的第五種組成部分[1]。減水劑屬改善混凝土拌和物流變性能的外加劑之一，減水劑是在混凝土坍落度基本相同和不影響和易性條件下，具有減水、提高溫度效果的外加劑;也有增大混合物的流變性或節(jié)約水泥用量的作用。在工程中使用減水劑的主要目的是減少砼用水量，降低水灰比，節(jié)約單方水泥用量，并改善其和易性[2]。

高效減水劑是一種能顯著改善混凝土和易性和顯著減少其拌和水量的一種化學(xué)外加劑，是新型建材支柱產(chǎn)業(yè)的重要產(chǎn)品之一。高效減水劑不但大大提高了
高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能，而且提供了簡便易行的施工工藝[3]。19世紀(jì)法國出現(xiàn)鋼筋混凝土，實(shí)現(xiàn)了混凝土技術(shù)的第一次飛躍。1928年法國E.Freyssint發(fā)明的預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了混凝土技術(shù)的第二次飛躍就是各種高性能減水劑的問世是對混凝土技術(shù)的又一次重大突破[4]。可以說高效減水劑的應(yīng)用已成為混凝土技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑[5]。

1　減水劑的分類：目前主要有普通減水劑和高效減水劑
1.1　普通減水劑
又稱塑化劑，要求減水率≥5%，齡期3—7d的混凝土的壓縮強(qiáng)度提10%，28d強(qiáng)度提高5%以上。普通減水劑主要有這幾類：木質(zhì)素磺酸鹽及其衍生物;高級多元醇—糖蜜;羥基酸及其鹽。
1.2　高效減水劑
又稱超塑化劑，能大幅度減少用水量和提高新拌混凝土的和易性。要(GB8076-87“混凝土外加劑”)減水率≥10%，齡期1Dr混凝土強(qiáng)度提高30%以上，3d強(qiáng)度提高25%以上，7d強(qiáng)度提高20%以上，28d強(qiáng)度提高15%以上[6]。

高效減水劑主要有這幾種[7]：萘磺酸甲醛縮合物減水劑;三聚氰胺系減水劑;氨基磺酸鹽減水劑;羧酸鹽接枝共聚物減水劑;脂肪酸系減水劑;聚苯乙烯磺酸鹽減水劑。

2　高效減水劑：主要品種有萘磺酸甲醛縮合物減水劑;氨基磺酸系高效減水劑;聚羧酸系高效減水劑
2.1　萘磺酸甲醛縮合物減水劑
2.1.1　萘磺酸甲醛縮合物減水劑的性質(zhì)

萘磺酸甲醛縮合物減水劑簡稱萘系減水劑，它是一種化學(xué)合成產(chǎn)品。是由精萘或工業(yè)萘制成的一種萘系高效減水劑。其主要成分是萘磺酸甲醛縮合物，它是一種極性分子，其中的磺酸基是強(qiáng)親水基團(tuán)[8-9]。它是由萘用濃硫酸磺化得到β-萘磺酸。然后與甲醛縮合，再用苛性鈉中和就得到萘磺酸鈉甲醛縮合物[6]。

萘系減水劑是目前國內(nèi)生產(chǎn)量最大，使用最廣的高效減水劑。它的特點(diǎn)是：減水率較高、不引氣。水泥適應(yīng)性好與其它高效減水劑相比價(jià)格相對便宜，與各種外加劑復(fù)合性能好?？捎糜谂渲聘邚?qiáng)、高性能混凝土。它存在的主要問題是坍落度經(jīng)時(shí)損失較大，混凝土有些發(fā)粘。

2.1.2塌落度損失大的原因及對策
2.1.2.1原因
坍落度損失的原因，首先在于水泥是一種具有水化活性的物質(zhì)，減水劑的加入有可能加速水泥的初期水化進(jìn)程;其次，水泥顆粒對減水劑的強(qiáng)烈吸附，會使液相中減水劑的有效濃度降低，ζ電位不斷下降[9]。

2.1.2.2降低萘系減水劑塌落度損失的方法
降低萘系減水劑的塌落度損失方法一般有二種：一是復(fù)合其它外加劑，如緩凝劑;二是用分子設(shè)計(jì)的方法合成新的外加劑，在合成中與新的官能團(tuán)共聚[10]。

2.2氨基磺酸系高效減水劑
氨基磺酸系高效減水劑(氨基芳基磺酸鹽一苯酚一甲醛縮合物，簡稱ASPF)是一種非引氣樹脂型高效減水劑，屬低堿型混凝土外加劑[11]。氨基磺酸系高效減水劑具有對水泥粒子的高度分散性，減水率高達(dá)30%;混凝土的耐久性好，并且有控制坍落度損失的功能;成本不高，且生產(chǎn)工藝簡單。因此，是國內(nèi)外當(dāng)前最有發(fā)展前途的高效減水劑[12]。

2.2.1氨基磺酸系減水劑一般由帶磺酸基和氨基的單體，如氨基磺酸、對氨基苯磺酸、4-氨基萘-1-磺酸等化合物或其鹽。與三聚氰胺、尿素、苯酚、水楊酸、苯磺酸、苯甲酸等一類的單體，其結(jié)構(gòu)式上分別帶有氨基、羥基、羧基、磺酸基等活性基團(tuán)，通過滴加甲醛，在含水條件下溫?zé)峄蚣訜峥s合而成[13]。

2.2.2氨基磺酸系減水劑的缺點(diǎn)及改進(jìn)
氨基磺酸系減水劑的分子量太小時(shí)容易導(dǎo)致水泥漿體泌水，混凝土坍落度損失較快，但分子量太大時(shí)，減水分散性受到影響。在35-40%濃度條件下，可以合成分子量適中，分散性好，不會產(chǎn)生異常的泌水現(xiàn)象的減水劑。摻量要適中，摻量高時(shí)容易造成混凝土的泌水，離析與板結(jié)。克服氨基磺酸系高效減水劑在水泥混凝土中應(yīng)用產(chǎn)生泌水的有效途徑是與萘系高效減水劑復(fù)配使用。這樣既能保持高的減水率，又能控制凈漿流動度損失或混凝土坍落度損失，還不會產(chǎn)生泌水。混凝土配合比中摻入沸石粉或復(fù)合細(xì)粉也是解決泌水的有效途徑[13-15]。

2.3　聚羧酸系高效減水劑
聚羧酸類高效減水劑(簡稱PC系列減水劑)具有超分散性能阻止混凝土塌落損失而且不引起明顯緩凝，是目前國內(nèi)外化學(xué)外加劑研究與開發(fā)的重[16]。聚羧酸系減水劑與不同水泥有相對更好的使混凝土具有高流動性，并且在低水灰比時(shí)具有低粘度和塌落度保持性能，所以它的應(yīng)用推廣很快[17]。
在眾多系列的減水劑中，聚羧酸類減水劑與其它高效減水劑相比，主要有這幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)[18]：低摻量(0.2-0.5%)而發(fā)揮高的分散性能;保坍好，90min內(nèi)坍落度基本無損失;在相同流動度下比較時(shí)，延緩凝結(jié)時(shí)間較少;分了結(jié)構(gòu)上自由度大，外加劑制造技術(shù)上可控制的多數(shù)多，高性能化的潛力大;由于合成不使用甲醛，因而對環(huán)境不造成污染;是一種綠色環(huán)保產(chǎn)品;與水泥和其它種類的混凝土外加劑相容性好;使用聚羧酸類減水劑可用更多的礦渣成粉煤灰取代水泥，從而降低成本。
因聚羧酸系減水劑具有能多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)2l世紀(jì)使用的重要外加劑將主要是聚羧酸系減水劑。

2.3.1　聚羧酸類減水劑合成方法
聚羧酸類減水劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)趨向是分子主鍵成側(cè)鏈上引入強(qiáng)極性基團(tuán)羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等，使分子具有梳型結(jié)構(gòu)。通過極性基與非極性基比例調(diào)節(jié)引氣性，一般非極性比例不超過30%;通過調(diào)節(jié)聚合物分子量增大減水性，質(zhì)量穩(wěn)定性;調(diào)節(jié)側(cè)鍵分子量，增加立體位阻作用而提高分散性保持性能。從文獻(xiàn)看目前合成聚羧酸系減水劑所選的單體主要有四種：不飽和酸—馬來酸酐、馬來酸和丙烯酸、甲基丙烯酸;聚鏈烯基物質(zhì)—聚鏈烯基烴及其含不同官能團(tuán)的衍生物;聚苯乙烯磺酸鹽或酯;(甲基)丙烯酸鹽，酯或酰胺等。

2.3.2　聚羧酸系減水劑還存在的缺點(diǎn)
對聚羧酸系減水劑的合成，作用機(jī)理和應(yīng)用等方向的研究都存在一些尚待進(jìn)一步深入的問題：第一，由于減水劑大多數(shù)在水體系中合成，難以了解不同單體間復(fù)雜的相互作用;第二，表征對減水劑分子的方法存在局限性，尚不能清楚解釋減水劑化學(xué)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，缺乏從微觀方面的研究;第三，雖然聚羧酸系減水劑與水泥的相容性比其它種類減水劑更好，但在混凝土流動性方面，當(dāng)水泥和外加劑共同使用時(shí)，往往發(fā)生混凝土塌落度損失太快及快硬等現(xiàn)象，仍存在水泥和化學(xué)外加劑相容性問題，還未完全搞清減水劑是怎樣工作的;第四，在使用高性能減水劑的混凝土中，當(dāng)單位水量減少，塌落度增大時(shí)，常常發(fā)生以下問題：減水劑用量過大;混凝土粘性太大;出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象;泵送困難。

3結(jié)語[19]
隨著國家對基礎(chǔ)設(shè)施和住宅建設(shè)投資力度的加大，對混凝土的需求和性能要求逐年上升。同樣對具有高減水率和高緩凝保坍性能的高性能減水劑的需求也不斷增大，因此，從分子設(shè)計(jì)的角度研究單環(huán)芳烴型高性能減水劑和聚羧酸系高效減水劑。從高性能減水劑的合成結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。作用機(jī)理等方面進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究開發(fā)出具有更高減水能力及更高緩凝保坍性能的減水劑，以滿足配制高性能混凝土的需要，無疑對我國的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展有重要的意義。

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