功能型聚羧酸減水劑的研究現(xiàn)狀①

□□ 田壯壯，王立艷

(吉林建筑大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 吉林省建筑節(jié)能技術(shù)工程實驗室，吉林 長春 130118)

引言

進入21世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市化建設(shè)的大力推進催發(fā)了建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，減水劑的用量也隨之大大增加?，F(xiàn)在建筑領(lǐng)域廣泛使用聚羧酸減水劑作為混凝土外加劑，它在摻量較低的情況下就可以發(fā)揮高減水率的功能，并且可以根據(jù)需求對其分子結(jié)構(gòu)進行設(shè)計[1]。為了適應(yīng)混凝土原材料的多樣性和施工環(huán)境的復(fù)雜性，功能型的聚羧酸減水劑研究已經(jīng)成為了減水劑領(lǐng)域研究的重點。其中，提高混凝土的保坍、早強、緩凝和抗泥性能是研究功能型聚羧酸減水劑的主要方向。

1 保坍型聚羧酸減水劑

現(xiàn)在建筑業(yè)普遍使用的是預(yù)拌混凝土，混凝土攪拌站往往又建在偏僻地帶，離施工現(xiàn)場往往比較遠(yuǎn)。同時，商品混凝土被越來越多的施工項目使用導(dǎo)致混凝土的運輸距離無法確定,經(jīng)長時間運輸?shù)幕炷翗O有可能發(fā)生坍落度損失過大的情況。為了保證建筑質(zhì)量和現(xiàn)場施工效率，應(yīng)采取措施減少混凝土經(jīng)遠(yuǎn)距離運輸后流動度的損失。保坍型聚羧酸減水劑的出現(xiàn)有效地解決了這一問題。

1.1 交聯(lián)型

通過將正常分子結(jié)構(gòu)的聚羧酸減水劑發(fā)生交聯(lián)，生成交聯(lián)型聚羧酸減水劑在水解過程中會緩慢釋放出正常結(jié)構(gòu)的聚羧酸分子[2]。王福濤等[3]使用交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)使聚羧酸分子交聯(lián)后，減水劑具有良好的保坍性和緩釋性，且水泥顆粒對其吸附量和吸附速率較小。王虎群等[4]使用聚乙二醇二丙烯酸酯作為交聯(lián)劑，水泥凈漿初試流動度為275 mm，1 h后為285 mm，膠砂初始流動度為330 mm，1 h后為315 mm，保坍性能較好。

1.2 羧基保護型

通過將在堿性環(huán)境下可以水解出羧基的基團引入到聚羧酸分子鏈中，讓羧基可以逐漸釋放以此提高保坍性能這類基團通常用酯基、酰胺基和酸酐等基團[5]。李安等[6]以烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)為主要原料，采用了羧基保護法，加入不飽和羧酸、保坍功能單體溶液、Vc和鏈轉(zhuǎn)移劑溶液，在30 ℃下合成了保坍型減水劑，保坍效果良好且工作性能穩(wěn)定。徐春紅等[7]將封端酰胺磷酸酯引入聚羧酸分子結(jié)構(gòu)中，混凝土初始坍落度可達到210 mm，1 h后為200 mm，2 h后為180 mm，保坍效果良好。

1.3 兩性型

在進行交聯(lián)和羧基保護兩個步驟之后，溶液中高分子在酸性環(huán)境下發(fā)生水解，從而使功能性基團呈陽性。在合成過程中，主要由酰胺基、銨內(nèi)鹽、端氨基等官能團提供陽離子單體[8]。LI S M等[9]通過將自研的陽離子單體馬來酸二烷基季銨鹽單體(MPD+)引入聚羧酸分子鏈中，顯著提高了混凝土的保坍性能。ZHANG J F等[10]以甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)為主要原料合成了一種兩性單體，并將其引入到聚羧酸分子鏈中，并得出兩性功能單體引入后會和硅酸鹽分子發(fā)生靜電作用，這種靜電作用提高了水泥性能。

2 早強型聚羧酸減水劑

近年來，裝配式建筑發(fā)展迅速，已經(jīng)成為建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢，即建筑構(gòu)件由預(yù)制工廠生產(chǎn)，生產(chǎn)完成后運到施工現(xiàn)場組裝的一種新型施工方式。為了提高預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)效率以加快施工進度，往往要求預(yù)拌混凝土具有較高的早期強度。為了達到早強效果，除了選擇合適的粗骨料、細(xì)骨料和礦物摻合料以外，選擇具有早強性能的減水劑也是很有必要的。

2.1 長側(cè)鏈型

早強型減水劑長側(cè)鏈會發(fā)生較強的互斥作用，這種互斥作用會使得減水劑分子更加均勻地分散，從而使減水劑的作用發(fā)揮得更迅速更充分，從而使混凝土的早期強度快速提高。鄒靈俊等[11]選用長側(cè)鏈的聚醚單體、丙烯酰胺、丙烯酸和雙氧水為底料，與丙烯酸和維生素C、巰基丙酸反應(yīng)，得到早強型減水劑，并得出丙烯酰胺等摩爾替代丙烯酸比例為6%時，早強效果比較好。徐忠洲等[12]以甲基烯丙基聚氧乙烯醚(OXZQ-113，TPEG-4000)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)為主要原料，通過增加聚羧酸分子的側(cè)鏈長度和密度得到早強型減水劑，其應(yīng)用后混凝土8 h、1 d、3 d抗壓強度可達到13.7 MPa、27.6 MPa、47.0 MPa，該減水劑具有明顯的早期強度提升能力。

2.2 早強功能基團

將早強型功能單體引入聚羧酸減水劑分子鏈中會明顯增強聚羧酸減水劑的早強性能。雷田雨等[13]通過引入酰胺基團合成了一種早強型聚羧酸減水劑，得出當(dāng)單體摩爾比n(異戊烯醇聚氧乙烯醚)∶n(丙烯酸)∶n(N-羥甲基丙烯酰胺)=1.0∶3.6∶0.4時，減水劑的早強效果較好。陳進等[14]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)往聚羧酸分子中引入早強功能單體(AMPS)后，混凝土1 d、3 d、7 d和28 d的抗壓強度可分別達到32 MPa、47 MPa、62 MPa和77 MPa，早強效果明顯。陳柱光等[15]研究發(fā)現(xiàn)，將酰胺基團引入聚羧酸分子后，混凝土1 d、3 d和7 d的抗壓強度可分別達到38.7 MPa、53.7 MPa、67.9 MPa，早期強度提升明顯。

3 抗泥型聚羧酸減水劑

由于優(yōu)質(zhì)的天然砂在當(dāng)今已經(jīng)成為了稀缺建筑材料，機制砂和劣質(zhì)天然砂在建筑工程中被廣泛使用。然而混凝土的性能因機制砂中的石粉含量超標(biāo)或劣質(zhì)天然砂中泥土含量過多而受到影響。陳建斌[16]發(fā)現(xiàn)當(dāng)集料含泥量達到10%時，混凝土坍落度顯著降低，并且混凝土7 d和28 d的抗壓強度分別降低14.7%、24.6%。使用抗泥型聚羧酸減水劑可以有效減小因使用機制砂或劣質(zhì)河砂帶來的不利影響。

3.1 抗泥功能單體

按照對聚羧酸減水劑具有抗泥性的要求，使功能單體與聚羧酸分子發(fā)生共聚，從而合成一種抗泥型聚羧酸減水劑[17]。曲啟恒等[18]將磷酸酯功能性單體(PZ)引入聚羧酸分子鏈后，與含泥量為4.5%的河砂進行混凝土性能試驗，結(jié)果表明混凝土的初始坍落度和擴展度分別可以達到210 mm和480 mm，并且2 h后依然可以保持坍落度和擴展度為205 mm和430 mm，抗泥效果顯著。劉尊玉等[19]以丙烯酸(AA)、異戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG，Mn=2 400)、為主要原料，將封端酰胺磷酸酯和二元酯引入聚羧酸分子中，抗泥降黏性能得到顯著提高。俞寅輝[20]等人以馬來酸酐(MA)、蔗糖、過硫酸銨(APS)、亞硫酸氫鈉(NHS)、二甲基甲酰胺、異戊烯基聚氧乙烯醚(TPEG，Mn=2 400)為主要原料，先合成馬來酸酐-蔗糖酯化物(MAS)，再將MAS與大單體共聚，合成了一種具有良好抗泥性能的聚羧酸減水劑，得出當(dāng)n(MA)∶n(TPEG)∶n(MAS)=3∶1∶1時抗泥效果最佳。

3.2 復(fù)配犧牲劑

現(xiàn)有聚羧酸減水劑通過復(fù)配對泥土敏感的犧牲劑可以顯著提高抗泥性能，并且犧牲劑大多價格低廉，可以有效減少成本。黎錦霞等[21]將自研的季銨鹽型抗泥劑與聚羧酸減水劑復(fù)配使用，得出當(dāng)抗泥劑摻量為0.04%時抗泥效果最佳。楊月青[22]將自研的基于β-CD兩性型黏土抑制劑與聚羧酸減水劑復(fù)配使用，得出當(dāng)黏土抑制劑摻量為0.195‰時，效果顯著。

4 緩凝型聚羧酸減水劑

在復(fù)雜的施工環(huán)境中，有時為了更加安全的施工，會要求混凝土具有較長的初凝時間和終凝時間。

王玫等[23]將葡萄糖酸鈉(SG)、檸檬酸(CA)、白糖(WS)和氨基三甲叉磷酸(ATMP)等4種緩凝劑分別與保坍型聚羧酸減水劑進行復(fù)配，得出當(dāng)緩凝劑摻量同為0.03%時，復(fù)配ATMP的減水劑緩凝效果最佳。郭學(xué)銘[24]將緩凝組分葡萄糖酸鈉與聚羧酸減水劑復(fù)配使用，得出葡萄糖酸鈉的引入明顯延長了水泥漿體的凝結(jié)時間，并提高了水泥漿體的流動度。

5 結(jié)語

與普通的聚羧酸減水劑相比，功能型聚羧酸減水劑可以更有針對性地解決混凝土施工中遇到的問題。目前對于保坍、早強、抗泥、緩凝等功能型聚羧酸減水劑的研究已經(jīng)非常成熟，而且得到了廣泛應(yīng)用。但建筑施工中遇到的問題往往復(fù)雜多變，有時單一功能的聚羧酸減水劑并不能解決多種問題，這就要求聚羧酸減水劑應(yīng)向“一劑多能”的方向發(fā)展，在高減水率的同時具有多種其他功能。