1、概述

　　近幾十年以來，我國混凝土工程技術取得了很大進步，混凝土拌合物性能從干硬性到塑性和大流動性、混凝土強度從中低強度到中高強度、混凝土的綜合性能從普通性能開始向中高性能方向發(fā)展?；炷翜p水劑技術的應用與發(fā)展對混凝土工程的這些巨大技術進步，起了決定性作用，沒有混凝土減水劑技術的應用與發(fā)展，就不可能有現(xiàn)代混凝土技術的發(fā)展。例如，在混凝土原材料方面，和幾十年前我國的干硬性混凝土技術階段相比，目前的水泥、砂子、石子等質(zhì)量基本上沒有質(zhì)的變化，如果說有變化，某些地區(qū)的砂石質(zhì)量還有所下降，有些地區(qū)還可能下降幅度較大，水泥的質(zhì)量由于換標也發(fā)生了較大的變化波動，但總體上說，我國的混凝土技術仍有很大提高，這主要是因為混凝土外加劑技術特別是混凝土減水劑技術在此期間得到了較廣泛應用的緣故。

　　現(xiàn)代混凝土減水劑技術的發(fā)展，是現(xiàn)代混凝土技術發(fā)展的關鍵，并對于混凝土技術發(fā)展具有決定性的作用，所以混凝土減水劑技術的創(chuàng)新與發(fā)展一直是混凝土外加劑行業(yè)發(fā)展的重點與熱點。

　　一般認為，減水劑的發(fā)展分為以下三個階段：以木鈣為代表的第一代普通減水劑階段、以萘系為主要代表的第二代高效減水劑階段和目前以聚羧酸鹽為代表的第三代高性能減水劑階段。當然減水劑的這三個發(fā)展階段并不是截然分開的，而是相互交叉的發(fā)展過程。目前國內(nèi)使用最廣泛的高效減水劑是萘系高效減水劑，市場占有率達高達90%以上。

　　對總體綜合性能而言，以木鈣為代表的第一代普通減水劑和以萘系、蜜氨系為代表的第二代高效減水劑均難以滿足實際混凝土工程特別是高性能混凝土對減水劑的性能要求。

　　與萘系等第二代高效減水劑相比，第三代聚羧酸系高性能減水劑的性能與質(zhì)量有了質(zhì)的提高，基本能夠滿足高性能混凝土對減水劑的性能要求，該類產(chǎn)品基本具備了取代萘系高效減水劑的技術性能優(yōu)勢與經(jīng)濟條件。所以我國目前正在向以聚羧酸系高性能減水劑為代表的第三代高性能減水劑方向發(fā)展。

　　自20世紀80年代后期，日本、美國、德國等國家開始對聚羧酸系高性能減水劑進行研究開發(fā)與工程應用技術研究，并且在20世紀90年代中期開始較大規(guī)模的推廣應用。到目前為止，推廣應用最成功的國家仍然主要是日本。據(jù)介紹，目前日本的年水泥消耗量為7000萬噸左右，在商品混凝土中應用的減水劑主要是聚羧酸系高效減水劑和木鈣等普通減水劑，萘系等第二代減水劑的用量已經(jīng)很小。市場占有率大約在20%左右的歐美等國家，其聚羧酸系高性能減水劑的發(fā)展相對比日本晚，但目前也正在向聚羧酸系高性能減水劑方向發(fā)展。

　　由于中國建筑市場十分龐大，全世界水泥產(chǎn)量的一半消耗在中國，所以吸引了國外聚羧酸系減水劑的生產(chǎn)企業(yè)相繼進入中國市場。目前，已進入國內(nèi)市場的相關企業(yè)主要有：歐美的degussa公司、GRACE公司、意大利馬貝公司、BASF公司、福斯樂公司、和日本的觸媒公司、韓國LG公司等。目前這些公司主要采用的推廣方式是銷售他們在境外生產(chǎn)的產(chǎn)品，有的公司也已經(jīng)開始或?qū)⒁趪鴥?nèi)建立生產(chǎn)線、設廠生產(chǎn)或復配。事實上，這些公司的進入，一方面有力地推動了聚羧酸系高性能減水劑行業(yè)在我國的發(fā)展與進步，縮短了我國在此方面與國外的差距，另一方面，對提高我國混凝土外加劑行業(yè)的整體水平有將深遠的影響和促進作用。

　　自20世紀90年代中后期以來，我國的科研單位、高等院校、有實力的外加劑生產(chǎn)企業(yè)等許多單位通過大量研究，在聚羧酸系高性能減水劑的研發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)方面也取得了不少科研成果，以上海地區(qū)為代表的多家企業(yè)已完成了工業(yè)化生產(chǎn)，并且成功地用于我國混凝土建設工程中，但仍有許多單位的科研成果僅停留在試驗室或中試階段，離工業(yè)化生產(chǎn)還有相當距離。所以我國聚羧酸系高性能減水劑的研發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)以及工程應用在總體水平上仍然處于起始階段，但最近二年以來，發(fā)展速度很快。

　　總結多年來我國在聚羧酸系高性能減水劑的研發(fā)、工業(yè)化生產(chǎn)和工程應用方面的發(fā)展歷程，目前我國聚羧酸系高性能減水劑的研發(fā)、工業(yè)化生產(chǎn)和工程應用的現(xiàn)狀如下：

　?。?）全世界大約有一半的水泥消耗在中國，無疑中國是全世界混凝土的生產(chǎn)應用中心。全世界幾乎所有的混凝土聚羧酸系高性能減水劑生產(chǎn)制造企業(yè)云集中國，推廣新產(chǎn)品、新技術。顯然我國正在成為聚羧酸系高性能減水劑的推廣應用中心，同時預示著，不久的將來也會成其為研法中心，這對在我國推廣應用聚羧酸系高性能減水劑營造了有利的環(huán)境。

　?。?）目前，國內(nèi)已完成了工業(yè)化生產(chǎn)的多家企業(yè)，甚至包括多家產(chǎn)品已進入中國市場的外資企業(yè)，其主體仍屬于化工行業(yè)，他們對于該類產(chǎn)品的研究開發(fā)、合成生產(chǎn)等技術非常熟悉，但對于有關混凝土方面的施工應用技術則稍顯不足，這對于該類產(chǎn)品在我國的擴大推廣應用是不利的。因此，應加強該類產(chǎn)品的應用技術研究和混凝土工程應用知識的普及，加強化學合成工程師與混凝土材料工程師之間的技術合作。

　?。?）總體上說，目前我國在此方面正處于產(chǎn)品研發(fā)與工程應用研究及其推廣交叉進行、但仍以產(chǎn)品研發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)為主的階段，許多單位的工作重點仍處于產(chǎn)品研發(fā)過程，對摻該系列減水劑混凝土的綜合性能特點的研究工作還不夠深入、細致，并且除上海建筑科學研究院等極少數(shù)單位工業(yè)化生產(chǎn)多年以外，大多數(shù)已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)及工程應用歷史只有1~2年的時間，經(jīng)驗積累相對很少，這在一定程度上影響了該類產(chǎn)品的推廣應用。

　?。?）目前該類產(chǎn)品主要以高強混凝土、自密實混凝土等特種混凝土為應用對象，這在一定程度上也影響了該類產(chǎn)品在混凝土工程上更大范圍內(nèi)的推廣應用。

　?。?）目前，除已進入國內(nèi)市場的外資企業(yè)以外，國內(nèi)該類產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家大部分集中在上海及其周邊地區(qū)以及江蘇、四川、江西等地，發(fā)展較不平衡，這也影響了該類產(chǎn)品的推廣應用。

　　2、聚羧酸系高性能減水劑的定義與分類

　　2.1定義

　　聚羧酸系高性能減水劑是一類分子結構為含羧基接枝共聚物的表面活性劑，分子結構呈梳形，主要通過不飽和單體在引發(fā)劑作用下共聚而獲得，主鏈系由含羧基的活性單體聚合而成、側鏈系由含功能性官能團的活性單體與主鏈接枝共聚而成，具有高減水率并使混凝土拌合物具有良好流動性保持效果的減水劑。

　　2.2 分類

　　和萘系、蜜氨系等第二代高效減水劑不同，聚羧酸系高性能減水劑不是一種定型產(chǎn)品，而是具有一定共性的系列產(chǎn)品，因分子結構不同而對混凝土性能的改善程度稍有不同。所以，一方面對于聚羧酸系高性能減水劑的性能特點不能一概而論，另一方面，清晰而明確的分類，對于新產(chǎn)品研制和推廣應用都是十分重要的。但是，限于我國在此方面的科研開發(fā)水平和技術保密等原因，在現(xiàn)階段只能大致分類如下：

　　按主鏈所用原材料不同分為：丙稀酸、甲基丙稀酸系和馬來酸酐、馬來酸系等；

　　按所用活性單體等原材料品種多少不同分為：二元、三元等共聚物；

　　按表面活性劑的性質(zhì)不同分為：非離子型減水劑和陰離子型減水劑；

　　按制備工藝不同分為：一步法產(chǎn)品和二步法產(chǎn)品；

　　按用途不同分為：預拌大流動性混凝土用和預制混凝土制品用。

　　對聚羧酸系高性能減水劑進行明確而合理的分類對于該類產(chǎn)品研制和工程應用是必要的，對于該類產(chǎn)品的健康發(fā)展具有重要意義。隨著研發(fā)工作的不斷深入，相信此項工作會越來越完善。

　　3、聚羧酸系高性能減水劑性能特點綜述

　　3.1 概述

　　3.1.1推廣應用聚羧酸系高性能減水劑是混凝土質(zhì)量向高性能化方向發(fā)展的必然要求

　　“高性能混凝土”是指具有高耐久性、高強度、高流動性的混凝土，是國外20世紀90年代初提出的一個概念，并非那時已研制出。自此概念提出以來，一直是混凝土科研與工程技術人員的努力方向，其最大特點應該是：（1）高耐久性，其使用壽命應能達到100年以上。（2）施工性能好，優(yōu)良的施工性能將會拓寬混凝土的使用范圍，推動混凝土施工工藝的發(fā)展。而要提高混凝土的上述性能，在很大程度上必須依賴于減水劑性能的大幅度提高。實踐證明，以萘系為代表的第二代高效減水劑難以滿足高性能混凝土對減水劑的性能要求。用于配制高性能混凝土的高性能減水劑在某些重要指標上必須要比普通的、傳統(tǒng)的高效減水劑有較大的提高，例如減水率、坍落度經(jīng)時損失、混凝土收縮率比等指標。而第三代聚羧酸系高性能減水劑的性能更優(yōu)越、更接近于高性能混凝土對于減水劑的性能要求，所以，推廣應用聚羧酸系高性能減水劑是混凝土質(zhì)量向高性能化方向發(fā)展的必然要求。

　　3.1.2 推廣應用聚羧酸系高性能減水劑是由其自身的高性能決定的

　　與萘系等第二代減水劑相比，第三代聚羧酸系高性能減水劑的性能必須具有質(zhì)的提高，其作為萘系理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品才是可能的，否則只能是一相情愿。所以，不斷研究和總結不同品種聚羧酸系高性能減水劑的性能特點，是推廣應用過程中的重要工作之一。

　　3.2聚羧酸系高性能減水劑性能特點

　　3.2.1概述

　　與萘系等第二代高效減水劑相比，聚羧酸系高性能減水劑具有一系列顯著的性能特點，主要包括其本身的結構特點和摻聚羧酸系高性能減水劑混凝土的性能特點，對于產(chǎn)品研發(fā)制備單位來說，他們主要關心的是前者；而對于廣大用戶來說，更關心的是后者。

　　下面，試將聚羧酸系高性能減水劑的上述二類性能特點分別綜述如下。

　　3.2.2聚羧酸系高性能減水劑分子結構性能特點

　　（1） 分子結構呈梳形、自由度大，可對其進行分子結構設計，并可通過比較簡單的合成工藝制造出所需要的高性能減水劑。

　?。?） 主鏈較短，但可以接枝不同的活性基團，如羧酸基團（－COOH）、羥基基團（－OH）、聚氧烷基烯基團（－（CH2CH2O）m－R）等。

　?。?） 側鏈較長，帶有親水性的活性基團，其吸附形態(tài)主要為梳形柔性吸附，可形成網(wǎng)狀結構，具有較高的空間位阻效應等。

　?。?） 該類產(chǎn)品分子結構中主鏈的原材料來源廣泛，通常有丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、馬來酸酐等。

　　3.2.3摻聚羧酸系高性能減水劑混凝土的性能特點

　　與摻萘系等第二代高效減水劑的混凝土性能相比，摻聚羧酸系高性能減水劑的混凝土具有顯著的性能特點，有些已被許多試驗結果和工程實踐所證實，有些尚需進一步研究、討論和試驗加以證實。具體綜述、討論如下：

　　1、  摻量低、減水率高。

　　按固體摻量計，聚羧酸系高性能減水劑的一般正常摻量在膠凝材料重量的0.2%（0.15~0.25%）左右，為萘系一般正常摻量的1/4左右，在此摻量下，我們對國內(nèi)外共11種樣品，按GB8076—1997測定其減水率，一般均在25%~30%之間；在接近極限摻量0.5%左右時，其減水率可達45%~48%以上。與萘系相比，減水率大幅提高，摻量大幅度降低，減水率這一基本性能的優(yōu)勢十分明顯。并且?guī)牖炷林械挠泻Τ煞执蠓葴p少、單方混凝土成本可基本達到與萘系高效減水劑相當。

　　2、  混凝土拌合物的流動性和流動保持性好、坍落度損失低。

　　盡管混凝土拌合物流動保持性能好是聚羧酸系高性能減水劑的顯著特點之一，但由于我國水泥的品種和質(zhì)量總體上復雜多變，所以該類減水劑仍然存在與水泥的適應性問題。但許多對比試驗與工程實踐證明：在同樣原材料條件下，摻聚羧酸系高性能減水劑混凝土拌合物的流動性和流動保持性要明顯好于萘系，并且混凝土拌合物的整體狀態(tài)也明顯好于萘系，很少存在泌水、分層、緩凝等現(xiàn)象。當然，對于某些適應性不好的水泥品種，仍然需要通過復配緩凝保塑劑或者木鈣等第一代普通減水劑的方法來加以解決。這也是第三代聚羧酸系高性能減水劑在這一新的平臺上需要繼續(xù)重點研究并實踐的內(nèi)容之一。

　　3、  增強效果潛力大。

　　我們對國內(nèi)外共11種樣品，按GB8076—1997測定其抗壓強度比，其各齡期的強度比，與萘系相比，均有較大幅度的提高。以28天抗壓強度比為例：萘系高效減水劑的28天抗壓強度比一般在130%左右，而聚羧酸系高性能減水劑的抗壓強度比一般在150%左右。并且在摻加了粉煤灰、礦渣等礦物摻合料后，其增強效果更佳。當然，由于水泥品種、礦物摻合料的品種、摻量等一系列不同，以及聚羧酸系高性能減水劑品種的不同，其在實際工程中的增強效果是不同的，這方面需要繼續(xù)加以深入的系統(tǒng)研究。

　　4、  低收縮。

　　摻聚羧酸系高性能減水劑混凝土的體積穩(wěn)定性與萘系等第二代減水劑混凝土相比，有較大提高。我們對國內(nèi)外共11種樣品，按GB8076—1997測定其28天收縮率比：而摻聚羧酸系高性能減水劑混凝土收縮率比其11種樣品的平均值為102%，11種樣品中的最低收縮率比值為91%，而萘系高效減水劑的28天收縮率比一般在110%左右。據(jù)報道，這方面應該是第三代聚羧酸系高性能減水劑的顯著特點之一，如果聚羧酸系高性能減水劑在原材料選擇與配方設計方面對此性能繼續(xù)加以改善與提高，則該類產(chǎn)品的推廣應用，將會顯著提高混凝土的體積穩(wěn)定性，大大降低結構混凝土的開裂幾率。當然，這方面研究同樣也還不深入、全面，需加大投入、全面研究。

　　5、  一定的引氣量。

　　我們對國內(nèi)外共11種樣品，按GB8076—1997測定其含氣量，其平均值為3.58%，最高值為6.3%，甚至更高。與萘系等第二代高效減水劑相比，其引氣量有較大提高。我們應對此加強研究，包括氣孔結構、氣泡間距、氣泡的均勻性、氣泡的穩(wěn)定性等，以及對混凝土抗凍性等耐久性能的影響。倘若研究結果是肯定的，那么在全國推廣應用第三代聚羧酸系高性能減水劑，則可普遍適當增加混凝土含氣量，可有效提高我國的混凝土耐久性。當然，要加強此方面的基礎研究，尤其要加強氣孔結構與混凝土耐久性之間的關系研究，甚至調(diào)整減水劑的配方與工藝，使產(chǎn)生的孔結構能滿足混凝土的耐久性要求。

　　6、  總堿含量極低。

　　我們對國內(nèi)外共12種樣品中的總堿含量進行了測定，其總堿含量的平均值為1.35%，12種樣品中的最低值為0.19%，與萘系等第二代高效堿水劑相比，其帶入混凝土中的總堿量僅為數(shù)十克，大大降低了外加劑引入混凝土中的堿含量，降低了發(fā)生堿骨料反應的可能性，提高了混凝土的耐久性。

　　7、  環(huán)境友好。

　　聚羧酸系高性能減水劑合成生產(chǎn)過程中不使用甲醛和其他任何有害原材料，生產(chǎn)與長期使用過程中對人體無健康危害，對環(huán)境不造成任何污染。而萘系等第二代減水劑是一類對環(huán)境污染較大的化工合成材料，并且其污染是結構性的，在生產(chǎn)和使用過程中均存在，無法克服。在縮合中仍殘余有甲醛，在配制成混凝土后產(chǎn)品中殘留的甲醛和萘等有害物質(zhì)會從混凝土中緩慢逸出，對環(huán)境造成污染。

　　3.3 三代減水劑對混凝土性能影響特點對比

　　4、聚羧酸系高性能減水劑工程應用有關問題探討

　　4.1 關于適用范圍

　　一種觀點認為：聚羧酸鹽系高性能減水劑是減水劑的發(fā)展方向，但目前它的成本較高，按每立方混凝土的成本計算，使用這類外加劑的成本比一般的高20%～30%，所以暫時還難以普及。

　　還有觀點認為：聚羧酸系高性能減水劑只適合用于高強混凝土、自密實混凝土、清水混凝土、混凝土預制構件等特種混凝土中。

　　我們認為：與萘系等第二代高效減水劑相比，聚羧酸系高性能減水劑的性能優(yōu)勢是明顯的、全面的，對于混凝土的綜合性能有質(zhì)的提高，另外我們還應該關注它的性價比，所以應全面加以推廣應用，這對于提高我國建設工程中的混凝土質(zhì)量，大大提高其使用壽命，意義重大。達到此目的，日本用了大約5年時間，我國需要多長時間呢？這主要看我們大家的工作能力和努力程度。

　　4.2 關于與萘系共用的過渡期

　　到目前為止，我們共收集到國內(nèi)外樣品14種，但試驗結果表明：這些產(chǎn)品都不能與萘系復合使用。這種現(xiàn)象，給聚羧酸系高性能減水劑的推廣應用，特別是在混凝土攪拌站的推廣應用帶來操作上的難度。如不在具體操作上加以特別注意，會影響該類產(chǎn)品的功能發(fā)揮和使用效果。由于我國萘系高效減水劑的使用量大面廣，此問題將貫穿整個過渡期。

　　5、加強推廣應用的工作重點

　　第三代聚羧酸系高性能減水劑的出現(xiàn)，為我國混凝土總體質(zhì)量的提高提供了巨大契機，做好推廣應用工作，將惠及后代，應是我們廣大混凝土與外加劑工作者的責任。為做好推廣應用工作，在今后一段時間內(nèi)，應在下列幾方面做出努力：

　　5.1 繼續(xù)積極研究開發(fā)聚羧酸鹽系高性能減水劑新品種，完善工藝、降低成本、提高質(zhì)量。

　　5.2 加強摻聚羧酸系高性能減水劑混凝土的綜合性能研究，將產(chǎn)品本身的性能優(yōu)勢盡快轉化為混凝土的性能優(yōu)勢。

　　5.3 以混凝土外加劑應用技術委員會為平臺，組織加強該類產(chǎn)品的應用技術研究，收集、整理工程應用實例，組織編寫應用技術指南。

　　5.4 制訂、修訂有關標準、規(guī)范，加速推廣應用。

　　6、結語

　　6.1 聚羧酸系高性能減水劑的推廣應用是提高我國現(xiàn)代混凝土技術總體水平、提高我國混凝土總體質(zhì)量的必然要求，對于提高我國混凝土耐久性、進而提高我國建設工程的服務年限，對于建立節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地的節(jié)約性社會和環(huán)境保護具有重要意義。

　　6.2 聚羧酸系高性能減水劑之所以能作為萘系等第二代減水劑的理想更新?lián)Q代產(chǎn)品，是由其本身的高性能決定的。與萘系等第二代高效減水劑相比，聚羧酸系高性能減水劑性能的提高是全面的、是質(zhì)的提高，并且從技術性能上來說，該類產(chǎn)品一般沒有明顯的缺陷與不足。

　　6.3 可以設想，如果在我國混凝土領域，全部或者絕大部分使用聚羧酸系第三代高性能減水劑，那么，我國的混凝土質(zhì)量將會有本質(zhì)性的提高，意義重大。所以，聚羧酸系高性能減水劑取代萘系等第二代高效減水劑，在混凝土特別是商品混凝土領域?qū)⑹侨娴?。今后若干年，將是第二代高效減水劑與第三代高性能減水劑并用期。據(jù)報道，日本從1995年開始，采用聚羧酸系高性能減水劑基本取代以萘系高效減水劑為代表的第二代減水劑花費了近五年的時間，相信經(jīng)過大家的共同努力，我國聚羧酸系高性能減水劑的應用比例會越來越大，特別是在有高質(zhì)量要求的重點工程和環(huán)保性能要求高的住宅建設工程中。聚羧酸系高性能減水劑的全面推廣應用，是發(fā)展的必然趨勢，將帶來混凝土外加劑產(chǎn)品和質(zhì)量等的結構性變化，我們現(xiàn)在國內(nèi)開發(fā)出來的某些同類產(chǎn)品與國外產(chǎn)品相比，差距并不大，某些性能還有優(yōu)勢?，F(xiàn)在許多大中型建設工程已經(jīng)使用了聚羧酸系高性能減水劑。

　　6.4 聚羧酸系高性能減水劑的推廣應用，在我國已初步具有技術基礎和物質(zhì)基礎，但即使在發(fā)展初期階段也存在不平衡現(xiàn)象。主要表現(xiàn)是上海地區(qū)發(fā)展較快，北方等地區(qū)發(fā)展相對滯后。

　　6.5 為做好聚羧酸系高性能減水劑的推廣應用工作，加強摻聚羧酸系高性能減水劑混凝土的綜合性能系統(tǒng)研究，進一步揭示摻聚羧酸系高性能減水劑混凝土的性能特點，為聚羧酸系高性能減水劑的推廣應用提供技術依據(jù)。

　　6.6 加強聚羧酸系高性能減水劑工程應用的經(jīng)驗總結和應用技術研究，盡快編制好產(chǎn)品標準，在此基礎上，編制該類產(chǎn)品的應用技術規(guī)程，為該類產(chǎn)品的進一步推廣應用提供技術法規(guī)依據(jù)。