聚羧酸外加剂在高性能混凝土中的性能研究

孔祥春

（河北合众建材有限公司 河北廊坊 065000）

由于聚羧酸高性能外加剂具有减水率高，保坍性能好，强度增长快，分子结构自由度大，高性能化潜力大，不含甲醛等优点成为混凝土生产企业使用的发展方向[1]。基于混凝土种类性能多样化和复杂多变的原材料情况和施工情况，我们应该掌握高性能减水剂的特点，以便灵活应用。

1 定义和分类

高性能减水剂是比高效减水剂具有更高减水率，更好的坍落度保持性能，较小的干燥收缩，且具有一定引气性能的外加剂。目前国内高性能减水剂以聚羧酸高性能减水剂为主要代表，分为早强型，标准型，缓凝型。

2 聚羧酸系高性能外加剂的优点

（1）减水率高

聚羧酸高性能减水剂的减水效果好，减水率一般在25%以上，能显著降低混凝土配合比的用水量。

（2）增强效果好，在水泥用量与坍落度不变时，混凝土早后期强度均有明显提高。

（3）能够促进混凝土工作性能得到显著改善

聚羧酸高性能外加剂可根据混凝土的性能要求调整不同的分子结构，以满足不同的施工要求，在有特殊要求的混凝土中性能稳定，如超长保坍混凝土，超高程泵送混凝土、自密实混凝土，清水饰面混凝土等混凝土外观颜色均一，混凝土和易性好，坍落度损失可控，且后期损失后可二次调整[3]。

（4）收缩小，使用聚羧酸高性能减水剂可相应提高矿物掺合料的比例，减少由于水泥水化放热快引起的混凝土裂缝问题。

（5）环保，聚羧酸高性能减水剂在生产过程中无废气、废液、废渣，污染小，对自然环境不会产生不良影响。

3 聚羧酸高性能外加剂作用机理

3.1 聚羧酸外加剂在水泥颗粒表面的吸附情况

聚羧酸外加剂一般为阴离子表面活性剂，分子结构中含有很多活性基团，可以吸附于水泥颗粒及其水化产物上，形成一定厚度的吸附层和一定的吸附形态，大大改变了固液界面的物理化学性质和颗粒之间的相互作用力。

3.2 静电斥力作用

静电斥力理论认为带电胶体颗粒之间是双电层重叠时静电斥力和离子间的范德华力相互作用的结果。当加入聚羧酸外加剂后，外加剂的吸附改变了水泥颗粒表面的电荷分布，降低了双电层厚度，提高了动电位，从而提高了颗粒之间的分散性。

3.3 空间位阻效应

新型聚羧酸外加剂Zeta电位普遍较小，仅为萘系外加剂的一半[4]，该类减水剂分子骨架为一条主链和较多的支链组成，主链上含有大量的活性基团。依靠这些活性基团，主链可以“锚固”在水泥颗粒上，支链具有亲水性，可以伸展在液相中，从而在水泥颗粒表面形成庞大的立体吸附结构，产生空间位阻效应。

4 实际应用及存在问题

4.1 聚羧酸高性能外加剂的应用

混凝土的优良性能取决于原材料的好坏，而外加剂在其中起着至关重要的作用。配制高性能混凝土对原材料要求较高，应使用优质的粉料、颗料级配好且含泥量低的细骨料、粒型好的粗骨料，通过对混凝土配合比进行试验和优化，加强水泥、粉煤灰和各种砂对混凝土的适应性试验，调整聚羧酸高性能外加剂配方，配制具有高流动性、高保坍性和高体积稳定性的高性能混凝土，防止出现坍落度损失快、离析泌水等异常情况，影响到混凝土工程的施工和质量[5]。

4.2 聚羧酸高性能减水剂存在的问题

随着聚羧酸系外加剂研究的深入和应用范围的不断扩大，其在研究和应用领域出现的问题也越来越多。微观研究方面，研发人员大多侧重于产品开发，而忽略了深入的微观机理研究。而另一方面，混凝土是一个复杂的材料体系，现阶段国内的研究多集中在聚羧酸高性能外加剂与水泥颗粒间的作用机理，忽视了与混凝土其他原材料诸如砂石、粘土，矿粉和粉煤灰等的微观作用机理研究。这可能是由于现阶段国内聚羧酸外加剂应用性能差异较大，缺陷较多，适应性不好的根本原因。

5 聚羧酸高性能外加剂发展方向

为使聚羧酸外加剂能够更好的适应混凝土行业发展的需要，我们需要不断地努力，通过微观调整聚羧酸外加剂分子结构，使聚羧酸高性能外加剂真正做到超强适应性，大致方向有如下几种。

（1）通过提高侧链密度和降低侧链长度，改进产品的吸附量、吸附层厚度、吸附平衡常数等，减小水泥颗粒表面的减水剂分子吸附层所需要的水膜层厚度，释放自由水量。

（2）通过引入多电性基团和触变性侧链制备方法，增强浆体的触变性，大幅度降低聚羧酸减水剂的敏感性。

（3）通过添加改良助剂等组分，建立聚羧酸系外加剂在混凝土中稳定持久的分散体系。

6 结束语

总而言之，聚羧酸高性能外加剂具有掺量低，减水率高，保坍性能好，分子设计性强等有点，有很好的研究价值和广泛的应用前景。今后致力更加全面的深入研究聚羧酸高性能减水剂的合成工艺，作用机理等，同时不断创新，找到更优异的合成工艺，将更具普遍适应性的聚羧酸高性能外加剂应用到混凝土工程建设中，使混凝土朝着环境友好型、生态相容型等方向努力，促进我国混凝土行业的发展。

参考文献

[1]冷发光，周永祥，王永海，等.混凝土材料技术发展与展望[J].建筑科学，2013，29（11）：114～119.

[2]赵 苏，富尔康，李 曼，等.高性能缓释型聚羧酸减水剂的制备[J].混凝土，2014（7）：89～92.

[3]刘晓辉.混凝土外加剂使用及裂缝问题的分析[J].建筑工程技术与设计，2015（25）：781.

[4]赵苏，富尔康，李曼，等.绿色高性能缓释型聚羧酸减水剂的制备.

[5]吕传君.混凝土外加剂-速凝剂发展状况[J].建筑工程技术与设计，2016（13）：1067.