混凝土外加劑中聚羧酸鹽減水劑的制備原理及作用機(jī)理

聚羧酸鹽高性能減水劑是由帶有磺酸基、羧基、氨基以及含有聚氧乙烯側(cè)鏈等的大分子化合物，在水溶液中，通過自由基共聚原理合成的具有梳型結(jié)構(gòu)的高分子表面活性劑。

合成聚羧酸鹽高性能減水劑所需的主要原料有：甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸羥乙酯、烯丙基磺酸鈉、甲基丙烯酸甲酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烯酸、甲氧基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯、乙氧基聚乙二醇丙烯酸酯、烯丙基醚等，在聚合過程中可采用的引發(fā)劑為：過硫酸鹽水性引發(fā)劑、過氧化苯甲酰、偶氮二異丁氰；鏈轉(zhuǎn)移劑有：3-疏基丙酸、疏基乙酸、疏基乙醇以及異丙醇等。

雖然聚羧酸鹽高性能減水劑是一種新型減水劑，具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但其作用機(jī)理目前仍尚未完全清楚，因此總結(jié)了以下一些常見觀點(diǎn)，僅供參考：

(1)聚羧酸類聚合物對水泥有較為顯著的緩凝作用，主要由于羧基充當(dāng)了緩凝成分，r-coo～與ca2+離子作用形成絡(luò)合物，降低溶液中的ca2+離子濃度，延緩ca(oh)2形成結(jié)晶，減少c-h-s凝膠的形成，延緩了水泥水化。

(2)羧基(-cooh)，羥基(-oh)，胺基(-nh2)，聚氧烷基(-o-r)n等與水親和力強(qiáng)的極性集團(tuán)主要通過吸附、分散、濕潤、潤滑等表面活性作用，對水泥顆粒提供分散和流動(dòng)性能，并通過減少水泥顆粒間摩擦阻力，降低水泥顆粒與水界面的自由能來增加新拌混凝土的和易性。同時(shí)聚羧酸類物質(zhì)吸附在水泥顆粒表面，羧酸根離子使水泥顆粒帶上負(fù)電荷，從而使水泥顆粒之間產(chǎn)生靜電排斥作用并使水泥顆粒分散，導(dǎo)致抑制水泥漿體的凝聚傾向(dlvo理論)，增大水泥顆粒與水的接觸面積，使水泥充分水化。在擴(kuò)散水泥顆粒的過程中，放出凝聚體鎖包圍的游離水，改善了和易性，減少了拌水量。

(3)聚羧酸分子鏈的空間阻礙作用(即立體排斥)。聚羧酸類物質(zhì)份子吸附在水泥顆粒表面呈“梳型”，在凝膠材料的表面形成吸附層，聚合物分子吸附層相互接近交叉時(shí)，聚合物分子鏈之間產(chǎn)生物理的空間阻礙作用，防止水泥顆粒的凝聚，這是羧酸類減水劑具有比其他體系更強(qiáng)的分散能力的一個(gè)重要原因。

(4)聚羧酸類高效減水劑的保持分散機(jī)理可以從水泥漿拌和后的經(jīng)過時(shí)間和zeta電位的關(guān)系來了解。一般來說，使用萘系及三聚氰胺系高效減水劑的混凝土經(jīng)60min后坍落度損失明顯高于含聚羧酸系高性能減水劑的混凝土。這主要是后者與水泥粒子的吸附模型不同，水泥粒子間高分子吸附層的作用力是立體靜電斥力，zeta電位變化小。

在研究其對水泥分散作用機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)，僅用dlvo理論解釋為離子間斥力常與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大出入。uchikawa和tanaka等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，空間位阻效應(yīng)可成功地解釋聚羧酸型減水劑對水泥的分散作用機(jī)理，即高分子吸附于水泥顆粒表面，其伸展進(jìn)人溶液的支鏈產(chǎn)生了空間位阻使粒子不能彼此靠近，從而使水泥顆粒分散并穩(wěn)定。目前該機(jī)理得到普遍接受。kihoshita等人在研究了分子質(zhì)量相近、支鏈長度不同的聚合物對水泥等溫吸附后指出，具有長支鏈的聚合物有低的電位和高的空間斥力，因而吸附后對水泥分散性能很好，但對粒子分散穩(wěn)定性卻不佳。筆者認(rèn)為，支鏈過長可能導(dǎo)致已分散粒子間表面支鏈的相互纏繞，反而造成粒子的凝聚。