國內(nèi)聚羧酸系高效減水劑的研究進展(1)

1、第28卷第1期2010年3月膠體與聚合物Chinese Journal of Colloid &polymer Vol.28No.1M ar. 2010國內(nèi)聚羧酸系高效減水劑的研究進展張克舉1田艷玲2何培新3（1湖北省化學研究院湖北武漢4300742湖北中航精機科技股份有限公司湖北襄樊3湖北大學化學化工學院湖北武漢430062）441003合成方法； 綜述了國內(nèi)聚羧酸系高效摘要：分析了聚羧酸系高效減水劑的分子結(jié)構(gòu)；介紹了其作用機理、減水劑的研究進展。文獻標志碼：A文章編號：1009-1815（2010）01-0037-03目前，混凝土仍然是主要建筑材料，傳統(tǒng)的混凝土將被高性能混凝土、綠色混凝土

2、所替代1,2。在綠色混凝土中，混凝土外加劑起著新型高性能、極其重要的作用，其中混凝土減水劑是外加劑中（1）在最主要的組成部分。減水劑的作用主要有：保持拌和物水灰比不變的情況下, 改善其工作性；）在保持和易性不變的前提下，摻入減水劑可（2以使混凝土單位用水量減少，提高混凝土強度。（3）在保持混凝土強度不變的前提下，使用減水劑可以降低單位水泥用量3。國內(nèi)研制生產(chǎn)且被廣泛使用的高效減水劑，主要有改性木質(zhì)素磺酸萘系高效減水劑、三聚氰胺磺酸系高效減水劑、系甲醛縮合物、氨基磺酸系高效減水劑、聚羧酸系高效減水劑。近年來，在很多現(xiàn)代化混凝土工程中，萘系等傳統(tǒng)高效混凝土由于技術(shù)性能的局限性，已不能很好的滿足工程

3、需要。在國內(nèi)外備受關注的新一代減水劑聚羧酸系高性能減水劑，由于真正做到了依據(jù)分散水泥作用機理設計有效的分子結(jié)構(gòu)，具有超分散性，能防止混凝土坍落度損失而不引起明顯緩凝，低摻量下發(fā)揮水泥適應廣、較高的塑化效果，流動性保持性好、分子構(gòu)造上自由度大、合成技術(shù)多、高性能化的余地很大，對混凝土增強效果顯著，能降低混凝土收縮，有害物質(zhì)含量極低等技術(shù)性能特點，賦予了混凝土出色的施工和易性、良好的強度發(fā)展、優(yōu)良的耐久性。聚羧酸系高性能減水劑具有良好的綜合技術(shù)性能優(yōu)勢及環(huán)保特點，符合現(xiàn)代化混凝土工程的需要。因此，聚羧酸系高性能減水劑正逐漸成為配制高性能混凝土的首選外加劑。1聚羧酸系高效減水劑的分子結(jié)構(gòu)圖1聚羧酸型

4、減水劑的化學結(jié)構(gòu)示意圖在聚羧酸系減水劑的化學結(jié)構(gòu)中，實際代表物的化學式只是其中某些部分的組合，其中M 1、M 2分別代表H 、堿金屬離子，M 3代表H 、堿金屬離子、銨離子、有機胺。2聚羧酸系高效減水劑的作用機理聚羧酸系減水劑作為一種分散劑，減水劑所帶的陰離子活性基團如-SO 3-、-COO -等通過離子鍵、共價鍵、氫鍵及范德華力等相互作用緊緊地吸附在水泥顆粒表面，使水泥顆粒帶電。根據(jù)同性電荷相斥原理，阻止了相鄰水泥顆粒的相互接近，增大了水泥與水的接觸面積，使水泥充分水化，并且在水泥顆粒擴散的過程中，釋放出凝聚體所包含的游離水，改善了混凝土和易性，減少了拌水量。由于聚羧酸系減水劑結(jié)構(gòu)中具有親水

5、性的聚醚側(cè)鏈，伸展于水溶液中，在所吸附的水泥顆粒表面形成有一定厚度的親水性立體吸附層，當水泥顆?？拷鼤r，吸附層開始重疊，在水收稿日期：2009-12-1938膠體與聚合物第28卷泥顆粒間產(chǎn)生空間位阻作用，重疊越多，空間位阻斥力越大，對水泥顆粒間凝聚作用的阻礙也越大，使得混凝土的坍落度保持良好。同時，親水聚醚側(cè)鏈在水泥礦物水化產(chǎn)物中仍可以伸展開，這樣聚羧酸類減水劑受到水泥的水化反應影響小，可長時間地保持分散效果。1h 內(nèi)幾乎無損失。李崇智等7以甲基丙烯磺酸鈉，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、不同聚氧化乙烯基鏈長的聚乙二醇丙烯酸酯等單體制備了改進聚羧酸系超塑化劑。朱本瑋等8將丙烯酸、甲基丙烯

6、磺酸鈉和馬來酸酐聚乙二醇單甲醚單酯通過自由基聚合，合成了聚羧酸系超塑化劑。劉苯乙烯磺酸鈉和聚乙二醇為巍青9采用馬來酸、單體接枝共聚合成了聚羧酸系超朔化劑。楊秀芳丙烯基等10通過自制單體丙烯酸聚乙二醇單酯、磺酸鈉與馬來酸酐，合成了梳型聚羧酸鹽高效減李真等11從高效減水劑的作用機理出發(fā)，依水劑。據(jù)聚合物分子設計原理，在大分子長鏈上引入含有能對水泥顆粒提供分散和流動的基團，研究了分子結(jié)構(gòu)與其性能的關系。王智等12認為，采用甲氧基聚乙二醇作為接枝側(cè)鏈合成減水劑的分散能力優(yōu)于采用聚乙二醇合成的減水劑。劉治猛等13認為磺酸基是聚羧酸減水劑中的主導官能團，針對目前對磺酸基團單體的選擇較混亂, 對乙烯基磺酸鈉

7、/丙烯基磺酸鈉/甲基丙烯磺酸鈉/苯乙烯磺酸鈉/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸對聚羧酸減水劑性能的影響進行正交實驗，對聚羧酸減水劑合成的分子設計與優(yōu)化提供指導。逄魯峰等14使用丙烯酸、烯丙基丙聚乙二醇丙二醇嵌段聚醚及甲基丙烯磺酸鈉、烯酸丁酯等單體，在水溶液體系下合成了一種聚羧酸塑化劑，并對外加劑的減水及緩凝保坍性能進行試驗研究。魯鄭全等15采用簡單的正交實驗確定了產(chǎn)品的最佳配比，優(yōu)化了減水劑的性能，該工藝有適合大規(guī)?；a(chǎn)聚羧酸系高效減水劑的可能。翁荔丹等16從添加聚羧酸共聚物水泥漿的液相電導率、pH 值和水化程度等方面討論了聚羧酸共聚物對水泥水化過程的影響，測定了聚羧酸共聚物在溶液中與鈣離子的作

8、用情況，并分析了聚羧酸減水劑對水泥水化的影響機理。壽崇琦等17合成了一種高減水率、長緩凝時間的聚羧酸系高效減水劑, 簡化了合成步驟, 綜合了減水劑和緩凝劑二者的優(yōu)點。韓利華等18采用聚乙二醇單乙醚馬來酸酐單酯活性大單體、乙烯基苯磺酸鈉和甲基丙烯酸為原料，制備出高效馬來酸型聚羧酸減水劑。張新民等19合成的早強快凝型聚羧酸減水劑，適用于對早期強度和凝結(jié)時間要求嚴格的預制構(gòu)件混凝土，尤其適用于蒸養(yǎng)制度下的預制構(gòu)件混凝土。3聚羧酸系高效減水劑的合成方法聚羧酸系減水劑是在引發(fā)劑作用下，通過不聚合與酯化同步，以聚醚作為羧酸類不飽和單體的反應介質(zhì)，在羧酸類不飽和單體發(fā)生聚合的同時發(fā)生酯化反應。4國內(nèi)聚羧酸系

9、高效減水劑的研究進展國內(nèi)聚羧酸系高性能減水劑的研究始于20世紀90年代中后期，工業(yè)化生產(chǎn)與應用始于21世紀初期。向建南等4研究了以聚乙二醇醚接枝的不飽和酸共聚合成羧酸類減水劑的方法及其分散性能, 并對影響產(chǎn)物分散性能的多個因素進行了研究。張忠厚等5以丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和對乙烯基苯磺酸鈉為主要原料，合成了聚羧酸系減水劑。王友奎等6應用高分子設計原理，合成的聚羧酸系超塑化劑可使新拌混凝土的坍落度第1期張克舉等：國內(nèi)聚羧酸系高效減水劑的研究進展395結(jié)論與展望聚羧酸系高效減水劑由于其具有摻量低、減坍落度保持性能良好等優(yōu)點，愈來愈受水率高、到研究者的關注。研究新型聚羧酸系高效減水劑，應從根據(jù)“分子

10、設計”原則，解決聚羧酸系高支鏈效減水劑中梳型聚合物主鏈鏈長和官能團、引氣、坍落度控制、緩凝鏈長等對減水劑的減水、作用的影響問題，加強對聚羧酸系高效減水劑的減水作用機理及摻加高性能減水劑后對混凝土性能的影響等方面的理論研究。隨著合成與表征聚合物減水劑及對其化學結(jié)構(gòu)與性能關系、作用機理等方面的研究的不斷深入，聚羧酸系減水劑多功能化的新產(chǎn)品是今后發(fā)展的主要的高性能、方向。參考文獻1Aitcin P C. Cements of yesterday and today:concreteoftomorrow JCement Concrete Res ，2000，30(9：134913592Spiratos

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15、eju 1Tian Yanling 2He Peixin 3(1Hubei Research Institute of Chemistry Wuhan 4300742HuBei Aviation Precision Machinery Technology CO.,LTD. Xiangfan4310033College of Chemistry and Chemical Engineering Hubei University Wuhan 430062Abstract:Molecule structure of polycarboxylate series superplasticizer was analysized. The chemical