混凝土减水剂研究进展综述

蒲德红 翟文光 周敬程

(1.重庆市交通规划勘察设计院，重庆 401121； 2.重庆交通大学，重庆 400074)

混凝土减水剂研究进展综述

蒲德红1翟文光2周敬程2

(1.重庆市交通规划勘察设计院，重庆 401121； 2.重庆交通大学，重庆 400074)

在总结和论述国内外减水剂的发展历程及研究现状的基础上，对减水剂进行了分类，并对5种常见减水剂的掺量、减水率、保坍性、引气量、28 d混凝土强度值、优缺点、发展前景及改性方法等进行了分析与比较，探讨了现阶段我国减水剂研究和应用中存在的问题，并对其发展趋势进行了展望，指出加强减水剂复配与改性技术，开发性能优越、成本低、绿色化的新型减水剂是今后的研究重点。

混凝土，减水剂，性能，发展

0 引言

近年来，随着混凝土工业的高速发展，混凝土外加剂的研发也逐渐深入，成为拌制混凝土不可或缺的“第六组份”，并取得了良好的工程效果。作为目前使用最为广泛的混凝土外加剂——减水剂，也在不断更迭，其性能不断提高。总体来说，减水剂具有以下功能[1，2]：减少拌合水量，从而提高混凝土强度；增大混凝土的流变性；节约水泥，降低造价。目前我国减水剂的品种繁多，质量参差不齐，另外在混凝土拌合时经常出现泌水漏浆、离析分层、“扒底”等现象，严重影响了产品的推广与应用，阻碍了减水剂工业的进步。针对上述现象，该文综述了减水剂的应用现状、产品种类、最佳掺量、工程特性及其适用范围，有助于工作人员在实际工程中合理地选择和运用减水剂，同时指出现阶段国内减水剂研究与使用中存在的问题和未来的发展方向，供同行参考。

1 减水剂的发展历程和研究现状

目前，木质素磺酸盐类减水剂主要用于物理复配或通过化学改性得到偶氮化磺化木质素，其单独使用越来越少；萘系减水剂种类多，应用最为广泛，但呈下降趋势；聚羧酸系减水剂性能优越，减水率高，但价格昂贵，限制了其推广应用。

1.1 国外减水剂的发展历程

20世纪40年代，美国成功研制出以木质素磺酸盐为主要成分的“普浊里”减水剂，标志着混凝土减水剂生产和应用的起点[3]。50年代，木质素磺酸盐减水剂在美国冬季混凝土和大坝混凝土施工中得到大量使用[4]。与现阶段常用减水剂相比，该类减水剂具有明显的缺点(如减水率低、含气量大、容易出现缓凝、适应性较差等)，但它是混凝土外加剂研究领域的一项重大跨越，实现了减水剂“从无到有”的突破，仍值得肯定。1962年，日本研制出萘系高效减水剂，标志着第二代减水剂的产生。与第一代减水剂相比，该类减水剂具有减水率高、引气量低、早强效果好等优点，同时也为高性能混凝土的研发提供了技术条件和物质基础。20世纪80年代，日本和德国先后研究聚羧酸减水剂[5]。聚羧酸系减水剂的研发与应用是减水剂领域发展的一次质的飞跃，为减水剂的发展开辟了一个全新的时代，同时也大大推进了混凝土技术的发展。聚羧酸减水剂不仅减水率大(可高达35%左右)，施工环境温度要求低，与各类混凝土相容性好，而且能很好的控制混凝土的坍落度，避免使用其他减水剂易出现的离析分层、泌水严重、引气量大、缓凝等问题。

1.2 国外减水剂的研究现状

目前，国外减水剂的研究以聚羧酸系为主，其先进水平可以对聚羧酸大分子的侧链进行最精确的控制，使聚羧酸实现菜单式服务，达到理想的使用效果。而木质素类减水剂单独应用空间极小，萘系减水剂的使用呈减小趋势。近几年，国外对聚羧酸系减水剂的研究主要集中在如下几个方面[6，7]：

1)减水剂分子结构及合成工艺研究；

2)减水剂分子结构与性能之间的关系研究；

3)减水剂母液系列化及母液间的复配研究；

4)减水剂应用技术研究。

据统计，在日本混凝土行业中聚羧酸系减水剂的应用比例高达90%左右；欧洲国家的这一数值在50%左右，在预拌混凝土中的应用还不太普遍。

1.3 国内减水剂的发展历程

我国关于减水剂的研究起步较晚，但发展迅速，势头良好。20世纪50年代，我国开始木质素磺酸盐减水剂的研究与实际应用。70年代，我国萘系高效减水剂的研究有了很大突破，该减水剂生产工艺简单，且具有减水率高、引气量较低和不易出现缓凝等独特的物化功能，成为目前我国应用面最广、产量最大的减水剂类别。90年代后期，我国氨基磺酸盐、改性三聚氰胺、脂肪族高效减水剂得到迅猛发展[8]。减水剂在促进我国混凝土行业的迅速发展的同时，也使得工业副产品在胶凝材料系统中得以广泛应用，在节约水泥、减少造价的同时，也有效控制了工业废料对环境的污染。减水剂作为一种活性外加剂，已逐步成为高性能混凝土配制不可或缺的材料[9]。

目前，在高层建筑、桥梁、水利、水电等国家重大工程中，聚羧酸系减水剂都得以广泛使用[7]。虽然该类减水剂存在诸多优点，但不同的聚羧酸系减水剂与水泥的相容性不同，且对消泡剂、引气剂的选择性较强，有可能导致所拌混凝土硬化后强度和凝结时间存在很大差异，一定程度上制约了聚羧酸减水剂的发展。

1.4 国内减水剂的研究现状

目前，我国减水剂的研究主要围绕物理复配改性和化学反应改性展开[10]。单一的减水剂由于其本身性能的缺陷，往往难以达到混凝土生产的要求，在单方减水剂中添加复合成分(辅助外加剂)，经物理方法混匀，可弥补其性能上的缺点，来达到所需产品的效果。物理复配的优点主要体现在：各单方减水剂间优势互补，降低减水剂用量，节约成本。化学改性主要通过化学反应使减水剂分子结构发生改变来达到改性的目的。如[11]：在较长的主链上链接羟基、羧酸基、氨基等各种活性基团。

聚羧酸系减水剂作为新生代减水剂的代表，以其优越的性能受到行业的推崇，但我国关于聚羧酸减水剂的探究与国外相比仍存在相当大的差距，该类减水剂的合成技术、复配技术及应用技术等有待进一步突破和发展。

2 常见减水剂类型及性能比较

近年来，随着混凝土研究进程的加快，减水剂得到广泛应用，其类型也越来越多，根据不同的划分标准，减水剂可分为以下几种类型，见表1。

表1 减水剂分类

在工程中，常根据不同需求选择不同性能的减水剂，以达到预期工程效果。现从以下几个方面对常见减水剂的性能进行分析、比较，为工程中减水剂的选择使用提供依据，见表2。

3 存在的问题

1)污染问题。诸多的萘系减水剂在生产过程中都会出现一定的环境污染问题。除了改性木素磺酸盐高效减水剂外，其他减水剂大都需要用到大量的石油产品作为原料，不符合绿色混凝土发展的要求[12]。

表2 常见减水剂性能比较 %

2)适应性问题。若配置出的混凝土易出现离析、泌水、坍落度损失较快等现象，说明这种减水剂与水泥适应性较差[13]。减水剂适应性问题涉及学科广泛，如：电化学、表面物理化学、水泥化学等，各学科间形成复杂的知识网络，有待于进一步探究。

3)标准体系尚不健全。国内减水剂种类繁多，质量参差不齐，目前尚未有统一的标准规范适用于所有的减水剂。现存的标准对减水剂中一些有害成分含量要求低、适应性差等问题严重制约了减水剂的进一步发展。因此，亟需一种科学合理、适应范围广、可靠性强的国家标准对减水剂加以规范[14]。

4 我国减水剂的发展趋势

4.1 减水剂的复配与改性

减水剂可通过复配技术获得优良性能的叠加以适应市场需求和发展需要，满足不同环境对减水剂的特殊要求，适应实际生产应用。复配和改性的最终目标是开发出性能高、成本低、适应性强、节约资源、利于环保的减水剂。

4.2 聚羧酸系高性能减水剂的研究

聚羧酸系高性能减水剂具有减水率大、强度增长明显、坍落度损失小、与水泥适应性良好、无污染等优点[15]。作为新一代减水剂的典型代表，聚羧酸系高性能减水剂是我国减水剂行业在未来一定时期内发展的一个重要方向。

4.3 减水剂绿色化

绿色化生产是21世纪各行业各领域发展的主导方向，混凝土行业作为国民建设的基础行业，其产量大、应用范围广，对经济建设具有极其重要的意义，因此更应顺应这一时代要求。减水剂作为拌制混凝土使用量最大外加剂，其绿色化发展也将成为必然。因此，性能优越、生产成本低、资源消耗低、有利于环保的新型高效减水剂将是21世纪减水剂行业发展的一种趋势。

5 结语

就综合性能而言，聚羧酸系减水剂优于其他系列减水剂，具备更广阔的应用空间，因此它符合当今时代的发展。但金无足赤，聚羧酸高性能减水剂也存在着价格昂贵，对消泡剂、引气剂的选择性较强等诸多不足之处，而普通减水剂和高效减水剂有着技术成熟、价格低等优点与独到之处。因此在今后一定时期内，各类减水剂还将并存发展，并通过改进技术不断地提高各自的性能。我国减水剂发展方向明确，政策环境具备，社会需求巨大，通过科研人员与生产厂家的研究和合作，定会取得突破性进展。

[1] 王 燕.水镁石纤维混凝土路面材料及结构设计研究[D].西安：长安大学，2012.

[2] 宋 莉.寒区隧道混凝土抗防冻施工技术[D].重庆：西南交通大学，2011.

[3] 苗 春.减水剂优化配伍与设计理论方法研究[D].上海：同济大学，2004.

[4] 孙振平，蒋正武，张冠伦.混凝土外加剂与混凝土材料的可持续发展[A].第三届全国商品混凝土信息技术交流大会暨2006全国商品混凝土年会论文集[C].2007.

[5] 胡向博.聚羧酸系高效减水剂的合成优化试验研究[D].重庆：重庆大学，2010.

[6] 苏 瑜，庞 浩，蒋冰艳.聚羧酸系混凝土减水剂的研究进展及发展趋势[J].现代化工，2011(4)：14-17，27.

[7] 房满满，西晓林，林 东.聚羧酸系高效减水剂的研究现状和应用前景[J].材料导报，2008(3)：76-79.

[8] 郭登峰，刘 红，刘 准.混凝土减水剂研究现状和进展[J].混凝土，2010(7)：79-82.

[9] 天 培，王 玲.我国混凝土外加剂现状及发展趋势[J].施工技术，2009(4)：11-15.

[10] 王万林，王海滨，霍冀川.木质素磺酸盐减水剂改性研究进展[J].化工进展，2011(5)：1039-1044.

[11] 吕智英，胡晓波.高效减水剂的改性研究综述[J].混凝土，2007(3)：63-68.

[12] 欧阳新平，李 嘉，邱学青.混凝土减水剂的发展与绿色化[J].世界科技研究与发展，2006(2)：30-36.

[13] 张惠平，鲁统卫.谈山东地区混凝土外加剂与水泥的相容性[J].混凝土，2005(9)：25-29.

[14] 王军伟，赵 柯，王文雷，等.我国减水剂标准中存在的问题[A].第四届全国混凝土外加剂应用技术专业委员会年会论文集[C].2009.

[15] 李 超，黄雁飞，王迎飞，等.HSP型聚羧酸减水剂性能试验研究[J].水运工程，2008(6)：23-28.

On survey of concrete water reducing agent

Pu Dehong1Zhai Wenguang2Zhou Jingcheng2

(1.ChongqingInstituteofCommunicationsSurveyandDesign,Chongqing401121,China; 2.ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China)

Based on the summary of the development and research on the water reducing agent at home and abroad, classifies the water reducing agent, analyzes and compares the mixture amount, water reducing ratio, slump resistance, air entraining amount, 28 d concrete intensity values, advantages and disadvantages, prospects and modification methods of five common water reducing agents, explores some problems in current study on the agent in China, indicates the prospect for the agent’s development, and points out the formulation and modification technique of the agent has the advantages in developing its performance with low cost, so the green water reducing agent will be the research key points in the future.

concrete, water reducing agent, performance, development

1009-6825(2015)30-0105-03

2015-08-13

蒲德红(1971- )，男，高级工程师

TU528.042

A