张 敏 （安徽和达工程咨询有限公司，安徽 蚌埠 233010）

0 前言

混凝土外加剂的使用已有近七十年的时间，在美国、英国、德国和日本等发达的工业国家，混凝土外加剂的使用率高达80%左右。目前，我国的混凝土外加剂的发展具有起步晚、使用率低以及科技含量低等特点。随着我国基础设施（公路、市政、铁路、大坝和房建等）的大规模建设，混凝土使用数量十分庞大。随之，混凝土外加剂的发展亦进入高速阶段。

混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的且用以改善混凝土物理力学和工作性能的材料。混凝土外加剂的种类较多，使用具有相应功能的的外加剂，目的是为了改善混凝土在未使用该功能外加剂前的该功能不足或者优化混凝土的整体性能。

混凝土减水剂的使用在混凝土外加剂的使用过程中最为广泛，占到混凝土外加剂使用量的80%左右。在混凝土生产过程中通过掺入一定水泥比例的减水剂可以在减少混凝土单位用水量的同时还可以有效地增加混凝土的坍落度，提高混凝土的流动性，且改善混凝土的泌水和提高混凝土的保水性能。鉴于减水剂对混凝土基本工作性能的明显改善，混凝土减水剂成为相关从业人员的研究对象。

针对混凝土中不同的水泥品种和等级，市场上的减水剂的种类繁多。随着对混凝土施工技术要求的提高，聚羧酸系减水剂逐渐在减水剂市场中占有很高的比例。因此，现将聚羧酸系减水剂的分散机理、减水效果影响因素及使用中存在的问题进行展开分析，有利于工程技术人员对聚羧酸减水剂的合理选择和正确使用。

1 聚羧酸系减水剂性的作用机理

聚羧酸系减水剂具有掺量低、高减水率、强分散性、和易性好、分子结构可变性强以及绿色环保等诸多优点[1]。鉴于聚羧酸系减水剂所具有的明显的优点，许多相关专业的研究者对聚羧酸系减水剂展全方位的研究，包括聚羧酸系减水剂的作用机理、工程应用、存在问题以及改性方法等内容。参照对传统减水剂（萘系和三聚氰胺系等减水剂）研究方式，将聚羧酸系减水剂的作用机理的内容研究列为热点，也一直是业内专家学者内容研究的重点及难点。

传统的水溶性树脂类减水剂作用机理已梳理清晰，形成较为统一的以DLVO理论为基础的静电斥力的观点。目前，对聚羧酸系减水剂作用机理的研究观点并未统一，主要有下面三种认知。

很多专家学者认为聚羧酸系减水剂的高分散性主要是由于空间位阻效应[2]。主要因为吸附了聚羧酸系减水剂的水泥颗粒Zeta电位很低，但却在减水剂极低的掺量下表现出高的分散性能。显然传统减水剂的静电斥力理论可能无法合适地解释聚羧酸系减水剂的高分散性。因此，学者通过原子力显微镜和电位仪等研究了萘系减水剂和聚羧酸系减水剂的作用机理，认为聚羧酸系减水剂的分散机理主要由其支链产生的空间位阻效应产生，静电斥力相对于空间位阻效应基本可以被忽略。之后有学者通过设计聚羧酸分子的吸附模型，研究比较了不同体系的静电斥力势能、空间位阻势能和范德华力势能，发现空间位阻效应在分散水泥颗粒中起主导作用。

基于上述聚羧酸系减水剂的空间位阻效应的作用机理理论，研究者提出侧链越长分散性能应该会越高的观点。然而，在对聚羧酸系减水剂的研究中发现，部分短侧链共聚物也显示出了良好的分散性能，上述结论表明仅用空间位阻效应理论并不能够完全解释聚羧酸系减水剂在水泥体系中的作用机理。对于聚羧酸系减水剂的侧链长度较短且主链上离子基团含量较高的梳形共聚物，其产生的静电排斥不能够被忽略。此外，通过理论计算考察不同侧链长度对总位能曲线的影响，在侧链吸附密度相同的情况下，侧链越长，空间位阻效应越大，当侧链超过了一定程度后，总位能增加的速率变慢，由于侧链增大到一定程度后，分子构象会发生蜷曲，即侧链分子量增大，空间位阻效应并没有相对应地增强。

此外，也有专家学者认为：水泥粒子的分散作用主要是由于减水剂吸附在水泥粒子表面产生的静电斥力、高分子吸附层的相互作用产生的空间位阻效应及水分子的润湿作用而引起的。

由此可见，聚羧酸系减水剂在水泥体系中的作用机理目前已经证实不是用一种理论能够完全解释的，必须考虑多种作用机理进行综合分析。

2 聚羧酸系减水剂性能效果影响因素分析

聚羧酸系减水剂在混凝土中的性能效果稳定性很差，诸多因素均会对聚羧酸减水剂的性能效果产生较大的影响。如外部环境、混凝土本身的组成及成分含量。外部环境因素多，控制难度较大。因此，聚羧酸系减水剂性能效果的影响因素分析从混凝土材料组成及含量进行讨论。

已有的试验数据表明，随着混凝土中水泥用量的增加，聚羧酸系减水剂的减水率增大，提高的幅度近似线性关系，且聚羧酸系减水剂引起混凝土的干缩量较小。基于聚羧酸系减水剂的试验结论和规律，聚羧酸系减水剂能够对水泥用量较大的混凝土有效地减小用水量，比如应用到水灰比低的高强混凝土领域。

聚羧酸系的减水剂的效果亦受到砂率和颗粒级配的影响。其原因为砂率和颗粒级配的骨料的含量不同，其吸水量亦不同，并非为聚羧酸系减水剂与骨料中的某成分发生化学反应造成分子结构组合的优化的原因，造成的需水量减少。

在减水剂的掺量范围内聚羧酸系减水剂掺量影响其减水效果是最直接的影响因素。水泥颗粒吸附聚羧酸系减水剂形成梳状结构物质，该结构在空间上的形态决定了水泥的高分散性和流动性。从前文对聚羧酸系减水剂的作用机理可以解释这条结论。

3 工程应用中存在的问题

聚羧酸系减水剂从研制成功以来已有近四十年时间。目前，聚羧酸系减水剂处于快速发展阶段。随着聚羧酸系减水剂在工程应用领域逐步拓宽，工程技术人员亦发现聚羧酸系在工程应用方面存在一些技术问题[3-5]。

聚羧酸系减水剂是由几种主要原材料合成，主要原材料的纯度会直接影响到合成产物聚羧酸系减水剂功能的稳定性。然而聚羧酸系减水剂中的主要原材料（烯丙基聚乙二醇醚和甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯等）的生产的技术要求高，纯度不易控制。

聚羧酸系减水剂对温度和用水量都十分敏感。聚羧酸系减水剂对温度敏感的表现：①温度较低时应用到混凝土工程中会出现缓释现象；②温度较高时，聚羧酸系减水剂会造成混凝土坍落度损失过快。用水量对聚羧酸系减水剂造成问题需要专业试验人员多次进行配合比设计的调整来解决。

传统减水剂可以通过复合其它外加剂来解决完善混凝土某些特定功能的要求。然而，聚羧酸系减水剂与其他混凝土外加剂的相容叠加作用较差，聚羧酸系减水剂与其它外加剂有效地功能叠加成为聚羧酸系减水剂亟待解决的问题。

本节阐述了聚羧酸系减水剂在工程应用中常见地问题和技术难点。同时，这些存在的问题也将引导聚羧酸系减水剂的发展和研究方向。

4 工程案例应用分析

针对聚羧酸系减水剂在工程应用中存在的诸多问题，工程技术人员通过外加剂母液复配和合成途径进行改善和解决，下面对聚羧酸系减水剂在工程案例中的成功应用进行阐述。

山东济南市万象城主体为混凝土结构，对C60的商品混凝土的要求是高坍落度，且由于运距原因要求3h内坍落度基本无损失。混凝土检测专业技术人员通过将高保坍聚羧酸减水剂BT-C与普通的聚羧酸减水剂（PC-XM）进行比例复配。得到BT-C:PCXM=3;7复配的聚羧酸减水剂，能够有效地解决长时间高坍落度的技术问题[6]。

合肥地铁隧道管片生产商通过添加聚羧酸减水剂母液复配得到的聚羧酸减水剂使隧道管片外观质量合格且强度满足设计要求产品[7]；同样通过母液配制方式得到的聚羧酸高性能减水剂成功应用到杭州湾跨海大桥和宁波舟山港非通航桥桥墩等海工混凝土中，有效地保证桥墩的强度和耐腐蚀性[8]。

目前，各种通过复配或合成方式得到的聚羧酸高性能减水剂广泛地应用到高铁道路、桥梁、大坝和水电站等混凝土质量和性能要求高的工程领域。

5 结语

聚羧酸系减水剂是一种新型绿色建筑材料，该减水剂的高减水率和低收缩等优点决定了在混凝土工程领域的前景。目前在我国，聚羧酸系减水剂属于快速发展和占领减水剂市场的阶段，聚羧酸系减水剂在工程应用中存在的关键技术也在逐步地掌握和优化。