混凝土外加剂中聚羧酸盐减水剂的制备原理及作用机理
浅谈聚羧酸系高效减水剂的作用机理及合成工艺
浅谈聚羧酸系高效减水剂的作用机理及合成工艺近几十年来，我国的混凝土工程技术取得了很大进步，高性能混凝土、自密实混凝土的应用越来越广泛，因此，对高效减水剂的要求也越来越高。
聚羧酸系高效减水剂是近几年发展的新型高效减水剂，其主要成分为聚羧酸盐或脂的聚合物，其分散能力强，减水率高，对水泥的适应性好，将是今后高效减水剂研究和发展的重点。
研究开发新型的聚羧酸系减水剂受到国内外广泛关注，代表了高效减水剂的主要发展方向。
1、聚羧酸系高效减水剂的作用机理聚羧酸系减水剂由于其优异性能而引起业内广泛的关注。
为了有效开发这一类型的减水剂，对其减水机理的研究非常重要。
减水剂分散减水机理主要包括以下几个方面。
1.1水化膜润滑作用。
聚羧酸减水剂由于分子结构中存在具有亲水性的极性基，可使水泥颗粒表面形成一层具有一定机械强度的溶剂化水膜。
水化膜的形成可破坏水泥颗粒的絮凝结构，释放包裹于其中的拌合水，使水泥颗粒充分分散，并提高了水泥颗粒表面的润湿性，同时对水泥颗粒及骨料颗粒的相对运动具有润滑作用，所以在宏观上表现为新拌混凝土流动性增大，和易性好。
1.2静电斥力作用。
水泥颗粒的稳定性主要由静电斥力和范德华引力的平衡来决定。
减水剂加入到新拌混凝土中，其中的负离子就会在水泥粒子的正电荷的作用下定向吸附在水泥颗粒表面，形成扩散双电层的离子分布，使得水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒絮凝结构解体，颗粒相互分散，释放出包裹于絮团中的自由水，从而有效地增大拌合物的流动性。
1.3空间位阻作用。
一般认为所有的离子聚合物都会引起静电斥力和空间位阻斥力两种作用力，聚羧酸类减水剂吸附在水泥颗粒表面，虽然使水泥颗粒的负电位降低较小，静电斥力较小，但是由于其主链与水泥颗粒表面相连，支链则延伸进入液相形成较厚的聚合物分子吸附层，从而具有较大的空间位阻斥力，所以在掺量较小的情况下便对水泥颗粒具有显著的分散作用。
1.4引气隔离“滚珠”作用。
聚羧酸盐高性能减水剂的制备、作用机理及应用现状
２ ０ 年 第 ５ 期 （总 第 ２ ３ 期 ） ０８ ２
Ｎｕ ｂ ｒ５ｉ ０ （ ｍｌ ２ ３） ｍ ｅ ｎ２ ０８ Ｔｏ Ｎｏ．２
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原 材 料 及 辅 助 物 料
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我 国 的应 用 。
也将愈来愈多 。相对于一般 的减水剂而言 ， 高效减水剂可 以大
大降低水 灰比 ， 增加流动度 ， 具有高效减水 ， 改善混凝土孔结构 和密实程 度 ， 节约水泥 ， 控制混凝土的坍落度损失 ， 改善混凝 土 的施工性 能， 解决混凝土的引气 、 缓凝等问题 ， 提高混凝土 的强 度和耐久性 的作用 ， 是高性能混凝土中的一种必不可少 的核心 材料【 。 目前 ， 国内广泛使用 的高效减水剂有萘系 、 三聚氰胺 、 氨基磺酸盐 以及 脂肪族减水剂 。但当这些减水剂 被单独使用 时， 普遍存在着坍落度损失过快或严重泌水的问题 。同时 ， 由于
论 了聚羧酸盐减水剂的分散机理 ， 分析了聚羧酸盐减水剂在我国应用现状及发展前景。
关键词 ： 聚羧酸盐 ； 共聚合 ；高性能减水剂 ；分散机理
中图分类号 ： Ｔ ５ ８０ ２２ Ｕ ２ ．４ ． 文献标志码 ： Ａ 文章编 号： １０ — ５ ０ ２０ ）５ ０ ６ 一 ４ ０ ２ ３ ５ （ ０ ８０ — ０４ ｏ
０３抗 压 强 度 超 过 ７ ａ并 能 保 持 良好 流 动 性 的混 凝 土应 用 ＿， ０ＭＰ
行业 的一个热点。特 别是 ２ ０ ０ ５年铁道部《 客运专线混凝土外加
剂暂行条例 》 的出台 ， 以及 对高速铁路必须使 用聚羧酸高性能 减 水剂 的规定 ， 在很大程度上加速 了聚羧酸盐 高性 能减水剂在
聚羧酸减水剂的作用机理
聚羧酸减水剂的作用机理
聚羧酸减水剂是一种常用的混凝土外加剂，它可以显著降低混凝土的水灰比，提高混凝土的流动性和可泵性。
聚羧酸减水剂的主要作用机理如下：
1. 分散作用：聚羧酸减水剂可以通过其分散作用，改善混凝土中固体颗粒的分散状态，减少颗粒间的吸附力和凝聚力，从而降低混凝土的黏聚性和内摩擦力。
这种分散作用使得混凝土流动性增加，易于施工操作。
2. 吸附作用：聚羧酸减水剂的分子结构中含有亲水基团和疏水基团，在混凝土中形成有效的吸附层，在水化过程中与水泥颗粒吸附结合，阻止颗粒的聚集和凝结，从而降低了混凝土的黏聚性和内摩擦力，增加了混凝土的流动性。
3. 减水作用：聚羧酸减水剂通过与水泥颗粒表面形成吸附层，有效地阻止了颗粒间的相互吸附和凝聚，减少了水泥颗粒间的摩擦力，从而降低了混凝土的黏聚性，使得相同水泥用量下的水掺量减少，实现了减水的效果。
这样可以提高混凝土的强度和耐久性。
总的来说，聚羧酸减水剂通过分散作用、吸附作用和减水作用改善混凝土的流动性和可泵性，提高混凝土的工作性能和性能，同时降低了水灰比和水泥用量。
它在混凝土施工中起到了优化混凝土配制、提高施工效率和质量的作用。
聚羧酸盐减水剂
用于配制高强以及高性能混凝土的试剂
01 简介
03 粗略合成
目录
02 性能特点 04 技术性能
05 使用说明
07 包装
目录
06 作用机理
聚羧酸（盐）减水剂的分子是通过“分子设计”人为形成的“梳状”或“树枝状”结构，及在分子主链上接 有许多个有一定长度和刚度的支链（侧链）。在主链上也有能使水泥颗粒带电的磺酸盐或其它基团，可以起到传 统减水剂的作用，更重要的是一旦主链吸附在水泥颗粒表面后，支链与其它颗粒表面的支链形成立体交叉，阻碍 了颗粒相互接近，从而达到分散（即减水）作用。这种空间位阻作用不以时间延长而弱化，因此，聚羧酸减水剂 的分散作用更为持久。
6、掺用DH-4005型聚羧酸系高性能减水剂后，混凝土含气量有所增加（一般为2%～5%）有利于改善混凝土的 和易性和耐久性，如需在蒸养混凝土中使用或有其它特殊要求，请我们，我们为您及时解决。
作用机理
减水作用是表面活性剂对水泥水化过程所起的一种重要作用。减水剂是在不影响混凝土工作性的条件下，能 使单位用水量减少；或在不改变单位用水量的条件下，可改善混凝土的工作性；或同时具有以上两种效果，又不 显著改变含气量的外加剂。目前，所使用的混凝土减水剂都是表面活性剂，属于阴离子表面活性剂。
粗略合成
将丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、过硫酸铵、聚氧乙烯基烯丙酯大单体分别用去离子水配成浓度为20%的水溶液。 在装有搅拌器、回流冷凝管及温度计的三颈烧瓶中分批滴加单体及引发剂，滴加完毕后在75℃下保温反应一定时 间。反应结束后，用浓度为20%的NaOH水溶液调节PH值至7～8，得到浓度约为20%的黄色或红棕色聚羧酸减水剂。
水泥与水搅拌后，产生水化反应，出现一些絮凝状结构，它包裹着很多拌和水，从而降低了新拌混凝土的和 易性（又称工作性，主要是指新鲜混凝土在施工中，即在搅拌、运输、浇灌等过程中能保持均匀、密实而不发生 分层离析现象的性能）。施工中为了保持所需的和易性，就必须相应增加拌和水量，由于水量的增加会使水泥石 结构中形成过多的孔隙，从而严重影响硬化混凝土的物理力学性能，若能将这些包裹的水分释放出来，混凝土的 用水量就可大大减少。在制备混凝土的过程中，掺入适量减水剂，就能很好地起到这样的作用。
聚羧酸减水剂反应方程式
聚羧酸减水剂反应方程式1. 简介聚羧酸减水剂是一种广泛应用于建筑材料中的化学添加剂。
它能够降低混凝土水泥浆体的黏滞性，使其具有更好的可流动性和可加工性。
聚羧酸减水剂的主要成分是聚羧酸聚合物，它通过与水泥中的氢氧化钙发生化学反应来实现调节混凝土的流变性能。
2. 聚羧酸减水剂的结构聚羧酸减水剂的结构与聚羧酸聚合物密切相关。
聚羧酸聚合物是一类具有羧酸基团的高分子化合物，它们通常由丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯酸羟乙酯等单体组成。
聚羧酸聚合物的结构可以简化为主链与侧链的组合，其中主链由大量的丙烯酸单体组成，侧链则是由丙烯酸酯或羟乙酯单体引入的。
3. 聚羧酸减水剂的作用机理聚羧酸减水剂在水泥浆体中起到调节流变性能的作用是通过与水泥中的氢氧化钙发生化学反应来实现的。
具体来说，聚羧酸减水剂中的羧酸基团与水泥中的氢氧化钙反应生成更稳定的碳酸钙，这样就能够减少水泥浆体的黏结力。
同时，聚羧酸减水剂的侧链结构还能够与水泥中的硅酸盐发生相互作用，增强水泥浆体的分散性和稳定性。
4. 聚羧酸减水剂的反应方程式聚羧酸减水剂与水泥中的氢氧化钙和硅酸盐发生反应后，会引起水泥浆体的流变性能变化。
以下是聚羧酸减水剂与水泥中主要成分反应的方程式：1.聚羧酸减水剂与氢氧化钙的反应方程式：–聚羧酸减水剂中的羧酸基团与氢氧化钙反应生成碳酸钙：•R-COOH + Ca(OH)₂ → R-COOCa + H₂O2.聚羧酸减水剂与硅酸盐的反应方程式：–聚羧酸减水剂的侧链与硅酸盐反应生成稳定分散的物质：•R’-Si(OR)₃ + Si(OH)₄ → R’-Si-O-SiR + H₂O5. 聚羧酸减水剂在混凝土中的应用聚羧酸减水剂作为一种常用的混凝土添加剂，广泛应用于建筑材料中。
它能够改善混凝土的工艺性能和使用性能，同时还能够减少混凝土的水泥用量，提高混凝土的强度和耐久性。
聚羧酸减水剂在混凝土中的应用主要包括以下几个方面：1.调节混凝土的流动性：–聚羧酸减水剂能够使混凝土具有较好的可流动性，提高施工的效率和质量。
混凝土中添加聚羧酸减水剂的原理
混凝土中添加聚羧酸减水剂的原理一、引言混凝土是建筑工程中使用最广泛的材料之一，其性能是直接关系到工程质量的重要因素。
在混凝土的生产和使用过程中，添加适量的聚羧酸减水剂，可以改善混凝土的流动性、坍落度和减水率等性能，提高混凝土的强度和耐久性，从而达到加强混凝土品质的目的。
本文将详细介绍混凝土中添加聚羧酸减水剂的原理。
二、混凝土的组成和性质混凝土是由水泥、砂、碎石和水等材料按一定比例混合而成的人工石材。
其组成和性质对混凝土的强度和耐久性有着重要的影响。
1. 水泥水泥是混凝土中的主要胶凝材料，它经水和砂、碎石等骨料混合后，能迅速硬化成坚硬的物质，使混凝土具有一定的强度和硬度。
2. 砂和碎石砂和碎石是混凝土中的主要骨料，它们的大小、形状、质量等对混凝土的性能有较大的影响。
适当的骨料可以增加混凝土的强度和耐久性，提高混凝土的抗压强度和抗拉强度。
3. 水水是混凝土中的重要成分，它是混凝土中的流体介质，能够起到调节混凝土流动性的作用。
混凝土中的水分含量对混凝土的强度和耐久性也有重要影响。
三、聚羧酸减水剂的定义和分类聚羧酸减水剂是一种新型的高效减水剂，是目前世界上使用最广泛的减水剂之一。
它是由羧酸基和聚醚基组成的一种高分子化合物，具有优秀的减水性能和良好的分散性能。
根据其化学结构和性能特点，聚羧酸减水剂可以分为三类：1. 外加型聚羧酸减水剂外加型聚羧酸减水剂是在混凝土的生产和使用过程中添加的一种化学药剂。
它能够改善混凝土的流动性、坍落度和减水率等性能，提高混凝土的强度和耐久性。
2. 内加型聚羧酸减水剂内加型聚羧酸减水剂是在水泥生产过程中添加的一种化学药剂。
它能够改善水泥的工艺性能和增强水泥的强度，提高混凝土的早期强度和耐久性。
3. 复合型聚羧酸减水剂复合型聚羧酸减水剂是由多种聚羧酸减水剂和其他化学剂混合而成的一种化学药剂。
它具有多种减水剂的优点，能够适应不同的混凝土生产和使用要求，提高混凝土的整体性能。
四、聚羧酸减水剂的作用原理聚羧酸减水剂可以使混凝土的流动性、坍落度和减水率等性能得到改善，提高混凝土的强度和耐久性。
混凝土中添加聚羧酸减水剂的原理
混凝土中添加聚羧酸减水剂的原理一、引言混凝土是目前建筑工程中最常用的材料之一，它具有高强度、耐久性好、施工方便等优点，但也存在着一些缺陷，如易开裂、易龟裂以及收缩等问题。
为了解决这些问题，人们开始研究混凝土添加剂，其中聚羧酸减水剂成为了最为常见的添加剂之一。
二、聚羧酸减水剂的概述聚羧酸减水剂是一种常用的混凝土添加剂，它可以显著降低混凝土的用水量，提高混凝土的流动性和坍落度，从而改善混凝土的加工性能和工作性能。
聚羧酸减水剂根据其化学结构的不同，可以分为磺酸盐型和聚羧酸型两种，其中聚羧酸型是目前应用最为广泛的一种。
三、聚羧酸减水剂的作用机理1.吸附作用混凝土中添加聚羧酸减水剂后，聚羧酸分子会在混凝土颗粒表面吸附，形成一层分子膜。
这些分子膜可以防止混凝土颗粒之间的相互吸引力，从而降低混凝土的表面张力，使混凝土具有更好的流动性。
2.分散作用聚羧酸减水剂分子膜的形成还可以分散混凝土中的颗粒，从而防止颗粒之间的结合，进一步提高混凝土的流动性和坍落度。
3.水化作用聚羧酸减水剂还可以促进混凝土中水泥的水化反应，从而加速混凝土的凝固硬化过程。
这是因为聚羧酸分子中含有大量的羧酸基团，这些羧酸基团可以与水泥中的钙离子结合，形成一种稳定的络合物，从而促进水泥的水化反应。
4.减水作用聚羧酸减水剂最主要的作用就是减少混凝土中的用水量，从而提高混凝土的坍落度。
这是因为聚羧酸分子膜的形成可以防止混凝土颗粒之间的相互吸引力，从而降低混凝土的表面张力，使混凝土更易于流动。
5.抗裂作用混凝土中添加聚羧酸减水剂后，它可以显著降低混凝土的收缩率和开裂倾向，从而提高混凝土的耐久性和抗裂性能。
这是因为聚羧酸分子可以形成一种稳定的凝胶状物质，填充混凝土颗粒之间的空隙，从而减少混凝土的收缩和开裂。
6.提高强度混凝土中添加聚羧酸减水剂后，可以提高混凝土的强度和耐久性。
这是因为聚羧酸分子膜的形成可以促进混凝土颗粒之间的结合，从而提高混凝土的密实度和强度。
聚羧酸系减水剂的合成原理与复配技术概述
2
1
3
1,linear backbone 2,polar side chain
3,non-polar side chain
• 1，主链线性中心层 • 2，长侧链溶剂化扩散层 • 3，短侧链绒化紧密层
分子结构单元与吸附分散关系
• 主链：疏水性，长度增加，包裹紧密，防水渗 透，缓凝
• 短侧链：疏水性增加表面活性，HLB值，消泡作 用；非离子亲水性基团延缓吸附作用，通过羧 酸衍生物在水泥浆碱性环境中发生皂化反应， 重新释放羧酸基团，具有再吸附作用；阴离子 基团具有强吸附锚固作用
[ CH2
R
C ] [CH
CO
ONa
EO =CH2CH2O
R =H; CH3 m <= 25
n >=25
R
R
C ] [CH C ] [CH
C O C OC O
O
ONa O
(EO)m
CH3
(EO)m
CH3
R
C]
C H2 O
(EO)n
CH3
酯类聚羧酸（polycarboxylate,PC） 醚类聚羧酸（polyether,PE）
CO
C O C OC O
C H2
ONa
O
ONa O
O
EO =CH2CH2O
R =H;CH3 m <= 25
n >=25
(EO)m
CH3
(EO)m
CH3
(EO)n
CH3
聚羧酸系高性能减水剂
• 高效减水组分的分子结构中羧酸基、磺酸 基比例高，易于吸附，可以保证达到混凝 土初始工作性的基本用量，防止新拌混凝 土出现离析泌水问题
MAPEG
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混凝土外加剂中聚羧酸盐减水剂的制备原理及作用
机理
聚羧酸盐高性能减水剂是由带有磺酸基、羧基、氨基以及含有聚氧乙烯侧链等的大分子化合物，在水溶液中，通过自由基共聚原理合成的具有梳型结构的高分子表面活性剂。
合成聚羧酸盐高性能减水剂所需的主要原料有：甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯、烯丙基磺酸钠、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，在聚合过程中可采用的引发剂为：过硫酸盐水性引发剂、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰；链转移剂有：3-疏基丙酸、疏基乙酸、疏基乙醇以及异丙醇等。
虽然聚羧酸盐高性能减水剂是一种新型减水剂，具有许多突出的优点，但其作用机理目前仍尚未完全清楚，因此总结了以下一些常见观点，仅供参考：
(1)聚羧酸类聚合物对水泥有较为显著的缓凝作用，主要由于羧基充当了缓凝成分，r-coo～与ca2+离子作用形成络合物，降低溶液中的ca2+离子浓度，延缓ca(oh)2形成结晶，减少c-h-s凝胶的形成，延缓了水泥水化。
(2)羧基(-cooh)，羟基(-oh)，胺基(-nh2)，聚氧烷基(-o-r)n等与水亲和力强的极性集团主要通过吸附、分散、湿润、润滑等表面活性作用，对水泥颗粒提供分散和流动性能，并通过减少水泥颗粒间摩擦阻力，降低水泥颗粒与水界面的自由能来增加新拌商品混凝土的和易
性。
同时聚羧酸类物质吸附在水泥颗粒表面，羧酸根离子使水泥颗粒带上负电荷，从而使水泥颗粒之间产生静电排斥作用并使水泥颗粒分散，导致抑制水泥浆体的凝聚倾向(dlvo理论)，增大水泥颗粒与水的接触面积，使水泥充分水化。
在扩散水泥颗粒的过程中，放出凝聚体锁包围的游离水，改善了和易性，减少了拌水量。
(3)聚羧酸分子链的空间阻碍作用(即立体排斥)。
聚羧酸类物质份子吸附在水泥颗粒表面呈“梳型”，在凝胶材料的表面形成吸附层，聚合物分子吸附层相互接近交叉时，聚合物分子链之间产生物理的空间阻碍作用，防止水泥颗粒的凝聚，这是羧酸类减水剂具有比其他体系更强的分散能力的一个重要原因。
(4)聚羧酸类高效减水剂的保持分散机理可以从水泥浆拌和后的经过时间和zeta电位的关系来了解。
一般来说，使用萘系及三聚氰胺系高效减水剂的商品混凝土经60min后坍落度损失明显高于含聚羧酸系高性能减水剂的商品混凝土。
这主要是后者与水泥粒子的吸附模型不同，水泥粒子间高分子吸附层的作用力是立体静电斥力，zeta电位变化小。
在研究其对水泥分散作用机理时发现，仅用dlvo理论解释为离子间斥力常与实验结果有很大出入。
uchikawa和tanaka等人的实验结果说明，空间位阻效应可成功地解释聚羧酸型减水剂对水泥的分散作用机理，即高分子吸附于水泥颗粒表面，其伸展进人溶液的支链产生了空间位阻使粒子不能彼此靠近，从而使水泥颗粒分散并稳定。
目前该机理得到普遍接受。
kihoshita等人在研究了分子质量相近、支链
长度不同的聚合物对水泥等温吸附后指出，具有长支链的聚合物有低的电位和高的空间斥力，因而吸附后对水泥分散性能很好，但对粒子分散稳定性却不佳。
笔者认为，支链过长可能导致已分散粒子间表面支链的相互缠绕，反而造成粒子的凝聚。