1引言
建築行業一直被視為汙染環境的重點行業之一，近十幾年來，中國建設規模愈來愈大，與此同時現代化大型工程都對混凝土的綜合性能提出愈來愈高的要求。因此，混凝土必須要往綠色、經濟、高強、耐久等方向去發展。所以說包括高效減水劑在內的混凝土外加劑在今後的工程中也將扮演著重要的角色。減水劑的發展一般可以分為三個階段：以木鈣為代表的第一代普通減水劑階段；以萘係為代表的第二代高效減水劑階段和以聚羧酸係為代表的第三代高效能減水劑階段。由於前兩代木質素磺酸鹽系普通減水劑和萘系高效減水劑自身材料和效能的侷限性，已經不能夠滿足現代化建設工程實際的要求。而在20世紀90年代，所興起的聚羧酸高效減水劑由於其良好的技術特性和環保優點，從而非常符合現代化混凝土工程的建設。聚羧酸系減水劑有害物質含量低、摻量少但減水率高、保坍效能好，減小收縮且提高強度，這些優良的特性使其迅速佔據了減水劑的市場，大幅度的應用到實際工程中去。
我國的三峽工程、北京電視中心、杭州灣跨海大橋等重大基礎設施的混凝土工程中都使用了聚羧酸系減水劑，從其在這些工程中出不難看出，聚羧酸系減水劑在我國未來有很大的發展空間，未來聚羧酸系減水劑的應用趨勢勢必從過去的重大工程轉向一般工程、普通工程中去。
2聚羧酸減水劑的國內外研究現狀
2。1國外研究現狀
率先研發推廣應用聚羧酸減水劑的是日本。早在1986年，日本觸媒公司最先成功研發出具有一定比例的親水性官能團的聚羧酸系高效減水劑，該減水劑以其高減水率和低坍損迅速引起了業內人士的關注。隨後逐漸應用在實際混凝土工程中。在1995時，日本的聚羧酸系高效減水劑用量已經遠遠超過了萘系減水劑，大約佔市場份額的80%。日本將聚羧酸系高效減水劑命名為高效能AE減水劑，，且分別1995年和1997年先後納進JISA6024國家標準和行業標準。歐美［國家對聚羧酸高效能減水劑的研究起步都晚於日本，美國等國家更加偏向於研究使用聚羧酸高效減水劑以後新拌混凝土的減水效能、坍損情況、以及混凝土泌水等問題，但其整體的使用量是遠遠小於日本，大約僅佔兩成左右。
T。Hirata等合成了一種特殊水溶性兩性型共聚物減水劑，一般可適用於高效能或超高效能的混凝土中。在減水劑的摻量到0。9%～1。1%時，水膠比為0。12～0。16、砂率為38%的混凝土中，其坍落度2h仍能保持在250mm以上，擴充套件度達到600mm，終凝時間在24h內，且並不會出現離析現象，90天的抗壓強度甚至都在180MPa以上。
2。2國內聚羧酸研究現狀
國內聚羧酸系高效能減水劑的研究最早開始於上世紀90年代，21世紀正式開始進入工業化生產和應用階段。在早期國內所使用的聚羧酸減水劑主要以馬貝、西卡等為主，價格比較昂貴，無法大規模使用，只應用於少部分重大工程中。近年來，隨著科研機構的大力度深入研究，主要從減水劑原材料的選擇、作用機理、分子結構設計和生產工藝上進行大幅度的改進，使其價效比逐漸變高，現已逐漸得到應用與推廣。2001年10月北京建科院的郭保文等在公開發明專利CN1316398上公開了一種聚羧酸系引氣高效混凝土減水劑。當該減水劑摻量在1。5%左右，混凝土含氣量一般在4%～7%時，減水率可高達30%，所測28天抗壓強度為空白試塊的110%～126%。西安建築科技大學的江元汝等採用丙烯酸、甲基丙烯磺酸鈉、烯丙醇聚氧烷基醚三元共聚得到的聚羧酸類減水劑，具有較高的減水率和擴散效能。當固含量為30%、摻加量為1%、水灰比為0。29時，淨漿流動度可達270mm。雖然國內對聚羧酸減水劑的研究應用取得一系列不錯的進展，但由於聚羧酸減水劑本身的敏感性、聚合反應的複雜性等，國內的研究工作者們在聚羧酸減水劑的合成、原材料的篩選、適應性等方面還要進一步的深入研究。
3聚羧酸減水劑在應用中所面臨的問題
由於在預拌混凝土過程中原材料的差異性、地域環境的不同、以及技術人員的認識侷限性、使用習慣性和理論認知水平的高低，導致在使用聚羧酸減水劑的過程中也出現了一些問題，直接影響了聚羧酸系減水劑的使用效果。目前在國內聚羧酸減水劑的作用機理、自身敏感性等並不能被完全被掌控。尤其在實際工程中，由於水泥種類繁多、混凝土原材料中砂石含泥量等多種原因，將聚羧酸系減水劑直接應用於混凝土時，經常會出現與水泥適應性不好、混凝土工作效能達不到預期、坍損可能較大等問題，導致無法滿足施工現場要求。只有妥善處理了以下的一系列問題，才能使聚羧酸減水劑穩定、高效、大規模的應用在混凝土工程中。
3。1水泥的適應性
混凝土外加劑與水泥之間適應性一直以來都是難以克服的問題，聚羧酸減水劑也不例外。水泥的組分、比表面積、含鹼量、石膏的種類及摻量的不同等都會影響減水劑與水泥的適應性。研究表明：水泥中的C3A含量越高，比表面積越大，含鹼量越高，會致使混凝土的流動性變差。尚燕等研究表明：石膏摻量和結晶形態對羧酸減水劑在水泥顆粒表面的吸附行為產生較大影響，從而影響水泥顆粒的分散。隨著石膏摻量的增加，溶液中可溶性濃度增大，會與聚羧酸鹽減水劑形成競爭吸附的態勢，急劇降低聚羧酸的吸附率，嚴重影響聚羧酸減水劑的吸附分散效果。除此之外，水泥中所含的SO42-離子對其使用效果影響也是比較大的。大量的SO42-離子會直接影響聚羧酸減水劑分子的對水泥粒子的吸附量，導致了減水劑的減水效果大大減弱，於是就出現了泌水的問題。透過研究和工程實踐表明，減水劑摻入到水泥後，通常都可能會遇到減水率偏低、淨漿流動度低、流動性較差、嚴重泌水等問題。
3。2敏感性
隨著我國基建工程的迅速發展，大量的優質天然砂石骨料已經漸漸消耗殆盡，完全不能滿足工程所需量。而含泥量高、風化後的河砂、高含粉的人工砂勢必將大量的應用到工程中去。由於聚羧酸減水劑的高敏感性，對混凝土工程質量將是一個考驗。
3。2。1黏土敏感性
大量的研究表明，黏土含量高時對混凝土效能影響是巨大的。由於黏土中的含泥量較高，對減水劑的和水的吸附能力都比較強，摻入後嚴重影響混凝土流動性及保坍性；同時使漿體的流動度降低且黏土間的顆粒連線效能差，削弱骨料與漿體的介面，還有可能在混凝土中形成空域，從而直接影響混凝土的強度和耐久性。對於摻入減水劑的混凝土，相對比含泥量對萘系、脂肪系減水劑的流動性損失影響，聚羧酸系減水劑影響是更為明顯的。其流動度隨著含泥量增加而迅速降低，在含泥量達到4%時，完全喪失流動性。由此可見，聚羧酸減水劑是極為敏感的。
3。2。2石粉敏感性
石粉作為機制砂的一種附帶物，不可避免的將摻入到混凝土中去。而石粉對膠凝材料和減水劑也存在著一定的不可控性。根據研究表明，當石粉摻量較少時，在水泥中起著填充效果從而使顆粒間的孔隙變小。這樣使孔隙水含量變少，自由水增多，漿體的流動性變大；與此同時石粉的晶核效應、參與水化反應都是有利於增強混凝土強度的。但當其摻量偏高時，石粉吸附減水劑的效應明顯增強，且對聚羧酸減水劑的適應性嚴重下降，預拌混凝土的過程中在保持原配合比的情況下會直接導致混凝土的強度達不到預期效果。
3。3水灰比
混凝土攪拌站在實際預拌混凝土過程中，所用的原材料不可能一成不變的。有時為了保證混凝土良好的流動性，通常都會採用改變單位立方米的用水量方法。但在使用過程中會發現這種傳統的經驗方法並不適用於聚羧酸高效減水劑上，主要因為聚羧酸系減水劑對用水量的敏感程度大於傳統的減水劑。當降低用水量時，並不能達到混凝土預期工作性；當用水量偏高時雖然坍落度變大了，但是又會出現大量的泌水甚至會有點離析的現象，對混凝土的整體工作效能有了很大的影響，這樣就致使在實際現場施工時有諸多不便。
3。4聚羧酸減水劑與其他外加劑的相容性
為了更好地最佳化減水劑的使用效能，通常都會選擇外加劑之間的復配。傳統的木質素、奈系、脂肪族等都可以任意比例的互溶、復配，但是聚羧酸減水劑由於其自身的敏感性，在使用過程中會發現其對復配的組分有更強的選擇性，國內大約有一半的減水劑不能與之相容。
孫振平等研究結果表明：僅從互溶性方面來看看，實際工程中聚羧酸與脂肪族、密胺系減水劑復配會產生沉澱，不能復配在一起；從塑化效果方面來看，聚羧酸與萘系、密胺系等復配後均降低了其塑化效果，尤其以羧酸與萘系復配時對塑化效果和坍落度保持性的負面作用最大。很多減水劑在摻入混凝土後，其流動性會隨著摻量的增加而變大，但聚羧酸減水劑確存在著當摻量過大時，其流動性會急劇降低的問題。當混凝土中需要一定的含氣量時，通常會採用摻入消泡劑和引氣劑，在使用傳統的減水劑時，可以起到良好的效果，但是在使用聚羧酸減水劑時，有時並不能改變氣泡效能。
4聚羧酸系減水劑的復配技術
聚羧酸系減水劑作為最新一代高效能減水劑，與傳統的普通減水劑不同，其對混凝土的分散性強，減水率高，混凝土的坍落度損失小，是對減水劑史上的一次重大突破，所以說在今後都將成為研究人員深度最佳化研究的重點。
聚羧酸高效能減水劑產品除了母液合成技術中“分子設計”方法外，也透過新增緩凝劑、引氣劑、消泡劑、增稠劑、抗泥劑等小料的方法，使其適應不同季節、不同材料和配合比的混凝土施工需要，最終獲得性能優異的高效能減水劑。對於擁有母液合成技術的聚羧酸廠家，從聚羧酸合成技術入手研製混凝土所需要的優質聚羧酸減水劑、獲得不同型別的功能型母液是必須的選擇。
但是母液的合成與實踐應用需要一段週期，且一種型別的母液並不能很好地解決減水劑在工程應用中面臨的諸多問題，而掌握母液間的復配及輔助小料的物理性復配，則是聚羧酸減水劑應用的必要補充，而透過母液特點和小料的物理性復配方案來解決工程現場面臨的技術問題就顯得非常關鍵。所以說聚羧酸減水劑的復配技術是未來研究人員的工作重心。
4。1聚羧酸減水劑母液間的復配
聚羧酸減水劑母液間的復配可以使其產品的分子側鏈密度得到調節，取長補短，很多情況下母液間的復配可以取得1+1＞2的效果，單個母液達不到的效果可以透過多種母液之間的復配來實現。當然前提條件是合成多種品質優良、效能各異的單體母液。值得注意的是聚羧酸系與奈系、密胺系、氨基璜酸鹽等是不可復配的。
4。2聚羧酸減水劑與功能性的小料複合
在實際施工現場為了應對各種工程所面臨的問題，這就對混凝土的工作效能要求更高。這時光靠母液間的復配可能並不能完全滿足要求，透過新增一些功能性的小料（緩凝劑、引氣劑、增稠劑等）可能會進一步改善混凝土的效能。
摻加緩凝劑是調節減水劑適應不同氣溫條件的凝結時間的重要小料，有時候加入某些緩凝劑會有利於減少坍落度損失，但不能作為抑制坍損的有效方法。與此同時在復配緩凝劑的過程中，我們應當注意緩凝劑具有一定的減水效果，在與減水劑復配過程中應予以考慮。
混凝土泌水是工程常見的問題，這時引氣劑和增稠劑等功能性小料就可以發揮出作用。摻入引氣劑可以增加混凝土中的含氣量，改善其泌水性、粘稠度。但需注意的是混凝土的含氣量不能過高，否則會引起混凝土強度過低。
在進行聚羧酸減水劑與功能小料的復配過程中，研究人員必定要預先做下與聚羧酸系減水劑的相容性問題，功能性成分的小料的用量都需要合理的控制，儘量避免副作用的產生。
5結語與展望
回顧這十幾年來年聚羧酸減水劑在國內的研發和推廣應用的歷程，在這期間內我們完成了聚羧酸系減水劑的不斷改進和更新，效能也日趨完善，不斷縮小與日本等國家的差距。儘管聚羧酸減水劑在混凝土工程以及其他領域中還存在一些問題，在一定的程度上限制了聚羧酸減水劑更大範圍的推廣應用，但是我們堅信隨著科研人員對聚羧酸減水劑基礎理論研究的積累和深入以及工程實踐經驗的總結和改進，聚羧酸系高效減水劑一定會以更好的技術性、經濟性面向工程，從而推動混凝土技術更快地發展。
未來聚羧酸減水劑勢必會逐漸取代傳統的普通減水劑，在市場上佔據更大的份額，研究人員必須加快品種系列多樣化的研究過程。目前市場上所有的普通型、緩凝型、早強型三種母液是遠遠不夠的，應該研發出更多的功能型母液，用於復配或其他場合的使用，以滿足工程對混凝土效能的要求。
開發具備特定功能性的聚羧酸減水劑也是未來的發展方向。隨著天然砂的逐漸消耗殆盡，未來大量的機制砂、人工砂將會用於工程現場。高含泥量、高石粉含量的砂勢必會影響混凝土的效能。研究人員應加大力度研發出抗泥型、抗石粉型的聚羧酸減水劑。