聚羧酸系减水剂面临的问题与系列化发展趋势_王子明

一般情况下普通型聚羧酸系减水剂 就能满足混凝土性能的要求。在遇到混 凝土坍落度损失快、高温环境或者特殊 要求的流动性保持能力时，可以采用 A/
混
凝 土
C
坍
落
度
A
B 时间 图 3 三种类型的聚羧酸系减水剂坍落度随时间变化
C 复合方式；调整 A 与 C 的复合比例可 以方便地满足混凝土坍落度保持方面的 要求。B 类聚合物则可以用于混凝土预 制构件生产，发挥其高的初始分散性而 不需要很长的坍落度保持性。根据原材 料的变化和性能要求，也可以将 B 与 A 或者 C 复合使用。
增大达到相同流动性的聚羧酸系减水剂 的用量［5，6］。
2.3 聚羧酸系减水剂与其他组分复 配问题
总 体 而 言， 聚 羧 酸 系 减 水 剂 与 其 他外加剂的相容性比传统的萘系减水剂
差，所以聚羧酸系减水剂与其他组分复 配时具有较强的选择性。萘系减水剂可 以与木质素磺酸盐类减水剂、氨基磺酸 盐类减水剂、脂肪族磺酸盐减水剂、缓 凝剂、引气剂等各种减水剂复合使用， 复合后某些性能得到改善或提高。但是 聚羧酸系减水剂与其他类型的减水剂复 合后性能有时会下降。例如聚羧酸系减 水剂与萘系减水剂几乎不能相容，两种 复合后性能都下降，聚羧酸系减水剂也 不宜与氨基磺酸盐减水剂、密胺系减水 剂复合使用；聚羧酸系减水剂与脂肪族 磺酸盐减水剂似乎可以有条件地复合使 用，即只有在某一比例范围内两种复合 具有相互协同效应，不能任意比例的复 合［7，8］。聚羧酸系减水剂与木质素类减 水剂具有复合使用的可能性，但是还缺 少系统的研究工作。孙振平等也发现， 聚羧酸系减水剂与几种常见的减水剂复 配使用后，要么出现沉淀现象，要么导 致混凝土用水量异常增加，要么引起混 凝土坍落度损失加速［9］。聚羧酸系减水 剂与萘系、氨基磺酸盐和密胺系减水剂 不能复合使用的机理尚不清楚，也没有 良好的解决措施。但是，最近也有聚羧 酸系减水剂与萘系、氨基磺酸盐、脂肪 族等减水剂复合后性能改善的报道［10］。
有非常好的适应性，对水泥的适应比例 可以达到 90％左右，只有非常例外的情 况出现不适应。当用于可溶性硫酸盐较 高的水泥时，聚羧酸类减水剂甚至不如 低浓萘系产品效果好，这可能是硫酸根 离子与聚羧酸减水剂对水泥竞争吸附的 结果，也可能是大量硫酸根离子使聚梭 酸外加剂中的 EO 链产生了收缩，减弱 了 EO 链的立体位阻效应。
目前聚羧酸减水剂大多用于重点工 程或者重点部位的混凝土，这些混凝土 往往都是以耐久性为主要指标，要求具 有高耐久性、高尺寸稳定性、良好工作 性以及较高强度。由于聚羧酸系减水剂 的优势是减水率高、保塑性好，因此适 用于配制高强混凝土、大流动性混凝土。 但是在应用于普通的商品混凝土工程中 时，减水率很高的聚羧酸系减水剂往往 不能很好地适应商品混凝土生产需要， 表现在混凝土工作性对掺量非常敏感，
吨（20％浓度）［1］，按胶凝材料用量 1％ 计算，使用聚羧酸系减水剂的混凝土约 有 1 亿立方米。在聚羧酸系减水剂用量 的快速增长和应用范围的不断扩大的同 时，出现了很多新的问题需要研究解决， 包括产品性能改进、应用技术研究和产 品系列化问题。
2 聚羧酸系减水剂的产品性能 和应用技术问题
2.1 聚羧酸系减水剂产品性能与适 应性问题
聚羧酸系减水剂与引气剂和消泡剂 的相容性问题也需要系统研究，大量的 试验和工程实践表明，以前常用的消泡 剂不能均匀地溶入聚羧酸系减水剂的溶 液中，有些马上分层，有些会慢慢浮到 表面，起不到消泡作用。即使一些聚羧 酸系减水剂专用的消泡剂也存在相容性 问题。松香皂类引气剂与聚羧酸系减水 剂相容性差，多数采用聚醚类引气剂达 到控制混凝土含气量的目的。
2.2 聚羧酸系减水剂产品性能评价 问题
聚羧酸系减水剂的性能评价方面， 水泥净浆流动度及其保持能力与混凝土 工作性之间没有相关性。测定水泥净浆 流动度及其保持结果非常理想时，有时 混凝土的坍落度损失很快；相反，水泥 净浆流动性不太理想时，混凝土的坍落 度及其保持能力却很理想。说明混凝土 其他组成材料对聚羧酸系减水剂的应用 性能具有重要的影响。
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般可以提高减水率［7］，但是并不能保证 改善水泥浆体的流动性保持性，有时会 出现流动保持性更差的现象（表 2）［11］。
对 有 些 水 泥， 聚 羧 酸 系 减 水 剂 与 葡萄糖酸钠复配容易出现泌水现象，与 三聚磷酸钠复配出现物理相容性差的现 象。与柠檬酸（钠）、蔗糖等复配有时出 现初始流动度减小问题。所以对聚羧酸 系减水剂而言，不能总是依靠添加缓凝 剂来控制混凝土的坍落度损失。但是， 掺加缓凝剂可以达到延缓水泥水化速率 的目的。
聚羧酸系减水剂与黏度调节剂之间 也存在相容性问题。在新拌混凝土出现 离析泌水时，采用纤维素醚类黏度调节 剂、或者聚丙烯酰胺类增黏剂调节混凝 土的粘度，不能提前将增黏剂溶解到聚
羧酸系减水剂的溶液中。纤维素类或者 聚丙烯酰胺类增粘剂配制成溶液加入到 聚羧酸系减水剂溶液中会出现黏性消失 和析出现象。Welan 胶或者黄原胶在聚 羧酸系减水剂溶液中的溶解度小，使用 时这些黏度调节剂与聚羧酸系减水剂只 能分别添加，操作起来比较复杂。
关于聚羧酸系减水剂的适应性问 题，由于我国水泥产品矿化成分较为复 杂，加之掺合料的大量应用，聚羧酸类 减水剂对不同水泥仍存在适应性问题。 对于高碱水泥、比表面积较大或 C3A 含 量较高的水泥及水泥中调凝剂石膏存在 一定问题的水泥，聚羧酸类产品与其它 减水剂一样同样也有不适应现象。尤启 俊等收集了 15 种普硅水泥，用萘系高效 减水剂与聚羧酸类高效减水剂同条件下 进行水泥适应性试验，结果见下表 1。 聚羧酸类高效减水剂对水泥适应性好于 萘系产品，但仍有两种水泥聚羧酸类不 能适应（占 13％），所谓聚羧酸类减水 剂水泥适应性好只是与萘系产品相对而 言［2］。当然，聚羧酸系减水剂的适应性 优劣与合成技术有很大的关系。我们在 全国范围内进行各种不同水泥的试验， 发现一些国外聚羧酸系减水剂的产品具
2.3 混凝土原材料含泥量对聚羧酸 系减水剂性能影响
混凝土原材料砂石中黏土含量对聚 羧酸系减水剂的应用已经为大家公知， 但尚无很好的解决措施。日本早就发现 了聚羧酸系减水剂性能受到黏土影响的 问 题［3］。Adarashi 等 曾 详 细 研 究 了 黏 土对聚羧酸系减水剂和萘系减水剂吸附
性能影响，并解释了为什么黏土对聚羧 酸系减水剂性能影响更为明显。黏土层 间结构能够大量吸附聚羧酸系减水剂分 子，而对萘系减水剂分子的吸附较少， 所以聚羧酸系减水剂被黏土大量吸附后 用于分散水泥颗粒的部分减少，分散性 变差，见图 1。聚羧酸系减水剂要在民 用工程中大量使用，必须解决砂石含泥 量对聚羧酸系减水剂性能的影响问题。 最近，有报道研制出一种抑制含泥量对 聚羧酸系减水剂影响的复合组分，在砂 石含泥量较高时能够降低聚羧酸系减水 剂的掺加量，提高聚羧酸系减水剂在土 木工程中应用的性价比［4］。这种组分与 减水剂复配加入到混凝土后，泥土优先 吸附的是这种复合组分，这样就避免聚 羧酸减水剂被过量吸附，从而保证聚羧 酸系减水剂在水泥颗粒上吸附而发挥分 散作用。 实际上加入的复合组分优先 在黏土上吸附自己（牺牲）而起到保护 聚羧酸系减水剂的作用。通过水泥净浆 流 动 度 试 验 和 混 凝 土 坍 落 度 试 验， 结 果表明，通过掺加复合组分，在砂子含 泥量高达 7％时，复合聚羧酸系减水剂 用量是萘系减水剂的 1/3，是纯聚羧酸 系减水剂用量的 2/3，提高了聚羧酸系 减水剂在土木工程中的应用竞争优势。
聚羧酸系减水剂与缓凝剂复配，一
表 2 复配缓凝剂对混凝土坍落度损失的影响
编号
葡钠，%
混凝土和易性
坍落度，mm060min源自抗压强度，MPa7d
28d
PC1
---
190
裹浆好、流动性好、不堆积、
PC1
0.03
200
没有离析、泌水、板结
PC2
---
195
135
25.5
38.0
85
23.4
36.8
175
26.0
外加剂品种
适应性好
表 1 减水剂与水泥适应性试验结果
所占比例（%）
适应性一般
所占比例（%）
不适应
所占比例（%）
萘系
8
53
4
27
3
20
聚羧酸系
9
60
4
27
2
13
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Montmorillinite 蒙脱石类黏土
图 1 黏土对聚羧酸系减水剂的影响机理
掺量不足坍落度不够，掺量过大混凝土 出现泌水离析现象。即使在应用面较大 的日本，低标号混凝土中聚羧酸产品应 用面也不十分广泛。此外，混凝土原材 料品质对聚羧酸系减水剂的应用效果影 响明显，同样一种聚羧酸系减水剂，有 些情况下表现出过度释放现象（坍落度 随时间延长增加），有时又出现混凝土坍 落度损失快的现象。
粉煤灰对聚羧酸系减水剂性能的影
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300 250
Fluidity/mm
200
150
100
Superplastic izer/% 图 2 不同粉煤灰掺量对流动度的影响
响取决于粉煤灰的质量，尤其是粉煤灰 中的含碳量。I 级粉煤灰替代水泥后，能 够减少达到相同流动度时的聚羧酸系减 水剂的用量，降低聚羧酸系减水剂的饱 和掺量，图 2。但是，很多试验结果表 明，II 级粉煤灰或者不足 II 的粉煤灰会
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聚羧酸系减水剂面临的问题与系列化发展趋势
王子明 （北京工业大学，北京市朝阳区平乐园１００，wangziming@）
摘要：本文讨论了聚羧酸系减水剂在应用发展过程中遇到的问题。聚羧酸系减水剂不仅与水泥之 间存在相容性问题，与混凝土的其他原材料之间也存在相容性问题。聚羧酸系减水剂与水泥之间相 容性问题的表现与萘系减水剂有很大区别，既表现出混凝土的流动性随时间损失，有时又会出现过 流化现象。聚羧酸系减水剂与其他外加剂之间的相容性也比较敏感，应用时需要试验确定。不同的 聚羧酸系聚合物之间复配性能较好，开发不同性能特点的聚羧酸系列产品是解决聚羧酸系减水剂与 混凝土原材料适应性问题的有效方法。