聚羧酸系高性能减水剂分散作用机理？主要性能特点

1、聚羧酸系高性能减水剂分散作用机理
聚羧酸系高性能减水剂是由一定长度的活性聚醚大单体与含有羧酸、磺酸等官能团的不饱和单体共聚而成的梳形接枝共聚物分散剂。主链上的羧酸、磺酸等极性基团提供吸附点，长聚醚侧链提供空间位阻效应，从而赋予共聚物良好的分散性能。

2、主要性能特点
与掺萘系等第二代高效减水剂的混凝土性能相比，掺聚羧酸系高性能减水剂的混凝土具有显著的性能特点。从聚羧酸和萘系外加剂总体性能比较来看。聚羧酸外加剂掺量低、减水率高、保坍性能好、增强效果好，而且能有效降低混凝土的干燥收缩。另外，梳形接枝共聚物分子结构可变性大，可以根据用户不同的性能要求，设计不同功能的产品，满足不同的工程需要。部分性能特点已被许多检验结果和工程实践所证实，有些还需要进一步研究。

（1）掺量低、减水率高
按固体掺量计，聚羧酸系高性能减水剂的常用掺量为胶凝材料重量的0.2%左右（0.15%～0.25%）​，为萘系一般常用掺量的1/3左右。目前国内外的产品按照GB 8076—2008测定减水率，一般均在25%～30%之间；在接近极限掺量0.5%左右时，其减水率可达45%以上。根据最新国外报道，目前的聚羧酸系高性能减水剂的减水率最高可达到60%。与萘系相比，减水率大幅度提高，掺量大幅度降低。并且带入混凝土中的有害成分大幅度减少，单方混凝土成本明显低于萘系高效减水剂，从而最大限度地降低水泥用量，提高混凝土强度和改善混凝土耐久性。

（2）新拌混凝土流动性保持性好、坍落度损失小
尽管混凝土拌和物流动性保持性能好是聚羧酸系高性能减水剂的显著特点之一，但由于我国水泥种类繁多，水泥和集料质量地区差异很大，所以聚羧酸系高性能减水剂仍然存在对水泥矿物组成、水泥细度、石膏形态和掺量、外加剂添加量和添加方法、配合比、用水量以及混凝土拌和工艺的适应性问题。许多对比试验和工程实践证明：在同样原材料条件下，掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土拌和物的流动性和流动保持性能要明显好于萘系减水剂。当然对于某些适应性不好的水泥品种，仍然可以通过复配缓凝剂或聚羧酸系保坍组分，甚至可以通过调整分子结构来加以解决。

（3）增强效果好
按照GB 8076—2008检测了国内外11种聚羧酸减水剂产品的抗压强度比，与掺萘系减水剂的混凝土相比，掺聚羧酸外加剂的混凝土各龄期的抗压强度比均有大幅度提高。以28d抗压强度比为例：掺萘系减水剂的混凝土28d抗压强度比一般都在130%左右，而掺聚羧酸外加剂的混凝土抗压强度比在150%左右。并且在掺加了粉煤灰、矿渣等矿物掺合料后，其增强效果更佳。另外，由于聚羧酸分子结构的多变性，可以通过分子结构设计开发出超早强型聚羧酸外加剂，其强度性能与基准相比，12h抗压强度比达400%，1d混凝土抗压强度可达到28d强度的40%～60%以上。

（4）新拌混凝土和易性好
掺聚羧酸高性能减水剂的混凝土抗泌水、抗离析性能好，泵送阻力小，便于输送；混凝土表面无泌水线、无大气泡、色差小，特别适合于外观质量要求高的混凝土。

（5）收缩率低
掺聚羧酸高性能减水剂的混凝土体积的稳定性与掺萘系减水剂相比有较大的提高。按照GB 8076—2008检测了国内外11种聚羧酸减水剂产品的28d收缩率比。11种样品中掺聚羧酸减水剂的混凝土收缩率的平均值为102%，最低收缩率为91%。而对于掺萘系减水剂的混凝土，国家标准规定28d收缩率不大于135%。很显然聚羧酸高性能减水剂有利于混凝土耐久性的提高。如果从原材料和工艺方面进行优化，再接枝上适当比例的减缩组分，可以开发出具有减缩功能的聚羧酸高效减水剂，其减缩、抗裂效果甚至可以和减缩剂相当，但掺量仅为减缩剂的10%左右。

（6）总碱量低
国内外11种聚羧酸减水剂产品的总碱量平均值为1.35%，最低值仅为0.19%，与萘系等第二代高效减水剂相比，单方混凝土中带入的总碱量仅为数十克，大大降低了外加剂引入混凝土中碱含量，从而最大程度上避免发生碱-集料反应的可能性，提高了混凝土的耐久性。

（7）环境友好
聚羧酸系高性能减水剂合成生产过程中不使用甲醛和其他任何有害原材料，生产和长期使用过程中对人体无健康危害，对环境不造成任何污染。而萘系等第二代高效减水剂是一类对环境污染较大的化工合成材料，并且其污染是持续性的，在生产和使用过程中均存在，无法克服。在缩合中仍残余有甲醛，在配制成混凝土后产品中残留的甲醛和萘等有害物质会从混凝土中缓慢逸出，对环境造成污染。

（8）不含氯离子聚羧酸系高性能减水剂不含氯离子，对钢筋无腐蚀性

3、外加剂推荐掺量及掺量影响
通常来说，聚羧酸系高性能减水剂（20%有效含量计）常用掺量为水泥重量的0.7%～1.3%，配制超高强混凝土时，掺量可提高到1.5%～1.8%，在混凝土配合比固定的情况下，增大聚羧酸外加剂的掺量，坍落度保持能力明显增强，但减水率提高很小，掺量过高甚至会出现严重的离析、泌水现象；此外随掺量的增加，混凝土凝结时间会延长。当掺量太低，如固体掺量≤0.1%时，新拌混凝土坍落度保持能力会下降。

4、掺量对新拌混凝土性能的影响
采用GB 8076—2008标准，以基准混凝土在坍落度为21cm±1cm为基准，加水量则以控制坍落度为21cm±1cm为准。试验结果表明，当外加剂掺量为水泥的0.15%时，就具有20%的减水率，其减水率超过目前市场上一般萘系高效减水剂的水平，掺量大于水泥用量的0.30%时，减水率可以达到30%。当外加剂掺量增加时，减水率增加，但增加幅度不是很大，而坍落度保持能力更趋稳定，新拌混凝土无论1h的坍落度或扩展度都增大，但当掺量太高时，混凝土会有一定的泌水。当掺量大于水泥用量的0.15%时，无论是坍落度或扩展度都不损失。实际应用中，如果胶材增加，实际减水率会增大，尤其是在有矿物掺合料时，流动性能比掺萘系减水剂改变更为明显。

5、掺量对硬化混凝土性能的影响

（1）抗压强度
聚羧酸系高性能减水剂具有很好的增强效果。掺加聚羧酸系高性能减水剂，使混凝土抗压强度得到迅速增加，尤其是其早期强度，在掺量为水泥重量的0.15%时，3d的抗压强度增加可达190%以上，其他掺量情况下，抗压强度增加幅度也达到了200%以上。同时，不同龄期的混凝土抗压强度的增加幅度也是非常明显的，根据试验结果，3d的抗压强度提高80%～150%，7d的抗压强度提高50%～150%，28d的抗压强度可增加50%～100%，90d的抗压强度可增加50%～150%，可见，掺聚羧酸系高性能减水剂的混凝土抗压强度不仅具有相当高的早期强度，其后期强度也有大幅度提高，且不断稳定增长。这样的增长幅度在目前大量使用的混凝土外加剂中也是相当突出的。另外，在一定的范围内，随着聚羧酸系高性能减水剂掺量的增加，其增强效果越明显。对比试验结果还可以看到，混凝土强度随超塑化剂掺量的增加而增加，尤其在低掺量范围内增加的幅度较大，随着掺量的增加，增加的幅度减慢，当掺量增加到水泥用量的0.25%时，强度不再继续增加，反而略有下降，这可能与混凝土含气量上升有关。采用GB 8076—2008检测了不同厂家生产的聚羧酸外加剂与掺传统萘系减水剂的混凝土抗压强度的比较。聚羧酸外加剂增强效果比较明显，掺加了该外加剂后，混凝土无论早期强度或中后期强度增长都比较明显，这对配制高强高性能混凝土是十分有利的。

（2）其他力学性能
掺聚羧酸系高性能减水剂的混凝土抗压强度、抗拉强度、抗折强度以及静压弹模与掺萘系减水剂的基本相当，并没有不利的影响。在实际工程应用中，从使用效果和经济效益两个方面考虑，应选用合适的掺量。对于聚羧酸系高性能减水剂，一般掺量为胶材总重量的0.12%～0.3%，同时研究结果表明，如果混凝土配合比中有大量的矿物掺合料，则掺量可以提高到0.4%。

（3）收缩性能
江苏省建筑科学研究院对比研究了掺聚羧酸类外加剂和萘系减水剂的混凝土干燥收缩和净浆的自收缩。与萘系高效减水剂增加混凝土干燥收缩不同，掺聚羧酸类外加剂的混凝土的干缩率低于基准混凝土，在通常掺量下（水泥的0.2%）掺聚羧酸类混凝土60d干缩率较掺萘系减水剂的低了约40%。对于低水胶比的水泥浆体，掺聚羧酸减水剂后其自收缩率要明显低于掺萘系减水剂，在相同配比下90d的自收缩约降低30%，因此聚羧酸类减水剂在配制高抗裂性高性能混凝土方面较传统减水剂具有明显的优势。