聚羧酸系高性能減水劑是繼木鈣為代表的普通減水劑和以萘系為代表的高效減水劑之后發(fā)展起來(lái)的第三代高性能減水劑，是目前世界上最前沿、科技含量最高、應(yīng)用前景最好、綜合性能最優(yōu)的一種高效減水劑。它的有效成分比例高，分子量范圍集中，聚羧酸減水劑相比其他減水劑不僅減水率高，坍落度保持久，而且摻量很小。近幾年出現(xiàn)一種具有梳形分子結(jié)構(gòu)的改性聚醚型減水劑具有超分散性能，能阻止混凝土坍損而不引起明顯緩凝，同時(shí)后期強(qiáng)度更高。由于該產(chǎn)品的優(yōu)越性，使得其在商混站，預(yù)應(yīng)力管樁廠等對(duì)減水劑有較高要求的公司得到了大力的推廣使用，產(chǎn)量增長(zhǎng)迅猛，大有替代傳統(tǒng)萘系減水劑的趨勢(shì)。
1高效聚羧酸減水劑的發(fā)展概述
從20世紀(jì)30年代初期，人們開始用亞硫酸鹽紙漿廢液來(lái)改善混凝土的工作性開始，減水劑的研究與應(yīng)用已經(jīng)有了70多年的歷史了。歐洲是最早開發(fā)使用現(xiàn)代減水劑的地方，1930年由瑞士首先開發(fā)出羥基羧酸系減水劑，1935年美國(guó)的E.W.scripture首先研制出以木質(zhì)素磺酸鹽為主要成分的塑化劑（普蝕里減水劑），由此揭開了減水劑研究的序幕。人工合成減水劑的研究是從20世紀(jì)60年代開始的，最早是里根等人研究雜酸油有效使用時(shí)首先研制出人工合成的減水劑，日本于1962年由服部健一博士領(lǐng)導(dǎo)的課題組研制成功了萘磺酸甲醛縮合物高效減水劑（NSF）并取得專利權(quán)，1964年，花王石堿公司將該產(chǎn)品命名為MT-150，并作為商品出售。聚羧酸減水劑是在1986年由日本觸媒公司首先開發(fā)出來(lái)的，到2001年為止，日本聚羧酸減水劑用量已經(jīng)占市場(chǎng)份額的80%，主要生產(chǎn)廠家有竹本油脂株式會(huì)社、花王株式會(huì)社、觸媒公司。
下表是市場(chǎng)主流兩種減水劑的性能對(duì)比
2改性聚醚減水劑的制備
在裝有JJ-1磁力攪拌器，塑料攪拌，蛇形冷凝管的四口燒瓶中按設(shè)計(jì)配比量加入鏈轉(zhuǎn)移劑、改性聚醚以及一定量的去離子水，用水浴鍋升溫至70℃左右，然后滴加丙烯酸單體、酰胺基單體混合溶液以及引發(fā)劑溶液3小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中最好通以氮?dú)獾缺Ｗo(hù)性氣體，滴加完畢，升溫5-10度，保溫反應(yīng)1h，最后以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32%的NaOH溶液調(diào)pH為6.5，即得到固含量為20%的淺黃色改性聚醚減水劑。
以下是聚羧酸的一般分子結(jié)構(gòu)：
3水泥凈漿流動(dòng)度的測(cè)定
測(cè)試水泥凈漿流動(dòng)度可以了解減水劑在水泥中的分散性.參照GB8077—2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行凈漿流動(dòng)度測(cè)試。按照減水劑摻量(按固體含量計(jì))為水泥總質(zhì)量0.16%，水灰比0.29的比例進(jìn)行試驗(yàn)。
4結(jié)果與討論
4.1引發(fā)劑用量對(duì)Y1性能影響
如圖1所示，引發(fā)劑用量按其占反應(yīng)單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)：
4.2鏈轉(zhuǎn)移劑對(duì)聚羧酸鹽系高效減水劑分散性能的影響
在二元共聚的聚羧酸減水劑的分子鏈中，兩種單體的排列順序在理想狀態(tài)下是交替共聚，也就是說(shuō)分子側(cè)鏈以及官能團(tuán)分布比較均勻。這種聚羧酸減水劑分散性能和分散保持性能都比較好。而對(duì)于三元共聚的聚羧酸減水劑，三種單體的排列順序有三種，即自聚、交替共聚、嵌段共聚，對(duì)于本文的三元共聚來(lái)說(shuō)，如果聚氧化乙烯鍵、羧基、酰胺基這三種官能團(tuán)都交替共聚，那么這三種官能團(tuán)的優(yōu)點(diǎn)就可以充分發(fā)揮出來(lái)，而官能團(tuán)的自聚與嵌段排列對(duì)減水劑的空間位阻效應(yīng)是不利的。丙烯酸在高溫與光作用和水中就可以自聚，會(huì)導(dǎo)致各官能團(tuán)之間的協(xié)同效應(yīng)不能充分發(fā)揮，影響減水劑的效果，只有添加鏈轉(zhuǎn)移劑，使丙烯酸自由基的活性中心向聚氧化乙烯鍵和酰胺基轉(zhuǎn)移，使這三種單體趨于交替分布，這樣就可以充分發(fā)揮三種單體的協(xié)同效應(yīng)。
作為鏈轉(zhuǎn)移劑的物質(zhì)也有許多，巰基乙醇、巰基乙酸和異丙醇等，另外還有丙烯磺酸鈉。其中丙烯磺酸鈉不僅可以用作共聚反應(yīng)的不飽和單體，也可用作鏈轉(zhuǎn)移劑，所以在選用丙烯磺酸鈉時(shí)，必須減少鏈轉(zhuǎn)移劑的用量。
如圖2所示，鏈轉(zhuǎn)移用量按其占反應(yīng)單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)：
5Y1在管樁生產(chǎn)中的實(shí)際使用效果（詳見下表1）
6結(jié)論與展望
以改性聚醚（異戊烯醇聚氧乙烯醚）與丙烯酸通過(guò)一步反應(yīng)合成法制得改性聚醚型減水劑，具有比傳統(tǒng)萘系減水劑更優(yōu)越的減水率，保塌性和后期強(qiáng)度增長(zhǎng)值，完全具備替代萘系減水劑的性能，同時(shí)還有更好的經(jīng)濟(jì)效益。
我國(guó)對(duì)聚羧酸系減水劑的研究還處于發(fā)展階段，雖然不斷探索其合成方法，且取得了一些比較好的科研成果，但是與國(guó)外相比，研究與應(yīng)用方面還是有很大差距。國(guó)外的聚羧酸系減水劑市場(chǎng)已占據(jù)壟斷地位，而國(guó)內(nèi)盡管近幾年對(duì)聚羧酸減水劑的研究非常廣泛，打入市場(chǎng)的產(chǎn)品也越來(lái)越多，但聚羧酸系減水劑對(duì)水泥相容性，骨料含泥、含粉的敏感性，與其他減水劑適應(yīng)性差，價(jià)格昂貴等原因還是值得有關(guān)學(xué)者深入研究的。國(guó)內(nèi)對(duì)聚羧酸減水劑的分子結(jié)構(gòu)與機(jī)理、合成與表征、酯化動(dòng)力學(xué)、性能評(píng)價(jià)等基礎(chǔ)研究和試驗(yàn)研究文獻(xiàn)較多，但大多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)室階段，且聚羧酸高效減水劑投入工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，合成中的問題就有很多。
聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多樣化，決定了聚羧酸合成工藝的多樣化及功能的多元化，聚羧酸減水劑不僅僅是單純的減水劑，而是有特殊功能的外加劑，可根據(jù)工程需要，設(shè)計(jì)滿足工程需要的功能性母體，避免復(fù)配后不穩(wěn)定性和局限性。通過(guò)本文的研究，筆者認(rèn)為聚羧酸減水劑將來(lái)的研究道路還很廣闊。
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