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摘 要：详细介绍了混凝土减水剂的分子结构、作用机理、制备方法及其性能的影响因素。简要概述了国内外混凝土减水剂的研究进展，并提出了今后混凝土减水剂的发展方向。
关键词：减水剂 分散系数 混凝土
未来的高性能混凝土除具备良好的工作性，优异的力学性能和耐久性外；还应具备高耐磨性，超低收缩性，高韧性，高弹性，超低发热性，超早强性非磁性等多种功能。随着混凝土向高强化，高性能化发展，同时由于我国地理因素，气候以及混凝土原材料来源的差异性，要求混凝土外加剂必须具备多种功能和性能。由此可见单一品种混凝土外加剂已不能适应混凝土技术的发展。混凝土外加剂必须走复合型路子，向多种功能，复合型方向发展。
1高性能减水剂的种类
高性能减水剂分为改性木质素系、萘系、密胺系、氨基磺酸系、聚.羧酸系等五大类。前四种主要通过磺化缩合，将带强极性官能团的单体缩聚而得到产物，而聚羧酸类的减水剂则主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚，即将带活性基团的侧链接枝到聚合物的主链上而获得。聚羧酸系减水剂的分子结构呈梳形，特点是在主链上带多个活性基团，并且极性较强；侧链也带有亲水性的活性基团，并且链较长、数量多；疏水基的分子链段较短，数量也少。如用以下通式来表示聚羧酸系减水剂的化学结构，则实际代表物的化学式只是其中某些部分组合。高性能减水剂一般由一种或数种成分复合而成。我国的高效泵送剂大多数是通过高效减水剂、普通减水剂、引气剂、缓凝剂、增稠剂等几种组分复合而成的，具有较高减水率和一定的塌落度保持性能。由于复合外加剂配方波动较大，与不同水泥的相容性较差，另外，各生产企业技术水平差异很大，不能保证外加剂产品的高质量和正确应用，工程中常出现外加剂适应性不良、混凝土离析泌水、缓凝时间过长、塑性收缩裂缝较多，耐久性不良等众多问题。我国尚未制定高性能减水剂标准，其技术发展水平与国外发达水平相比，差距较大。
2减水剂的作用机理
2.1静电斥力作用和空间位阻作用
水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间存在引力作用会形成絮凝结构，使10%～30%的拌合水被包裹于其中，不能参与自由流动，失去润滑作用，影响混凝土拌合物的流动性。加入减水剂后，减水剂分子会定向吸附于水泥颗粒表面，其带有的阴离子基团会使水泥颗粒表面形成双电层，令水泥颗粒带上同种电荷，产生静电斥力，促使水泥颗粒相互分散，致使水泥的絮凝结构解体，释放出被包裹的水分，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。减水剂分子中的长聚醚侧链具有亲水性，可以伸展于水溶液中，减水剂分子吸附于水泥颗粒表面后，会在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水立体层。当水泥颗粒相互靠近到达一定距离时，亲水立体层产生重叠，于是在水泥颗粒间产生空间位阻作用，阻碍水泥颗粒的凝聚，使混凝土的坍落度得到很好的保持。
2.2润滑作用
减水剂分子中带有极性亲水基，如-COOH、-0H、-NH2、-SO3H、（-0-R-）等，这些基团通过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用，为水泥颗粒提供分散性及流动性。减水剂具有的亲水作用，可使水泥颗粒表面形成具有一定机械强度的溶剂化水膜，这不仅可以破坏水泥的絮凝结构，而且可以提高水泥颗粒表面的润湿性，为水泥颗粒与骨料颗粒间的相对运动提供润滑作用，使新拌混凝土和易性更好。另外，减水剂分子主链具有亲油性，减水剂的吸附可以降低水泥颗粒的固液界面能，降低体系总能量，提高分散体系的热力学稳定性，有利于水泥颗粒的分散。
3分子结构对产物性能的影响
3.1主链长度
主链长度主要取决于相对分子质量的大小。若聚合物的相对分子质量太小，主链过短，则所带负电基团过少，排斥力差，减水剂维持混凝土坍落度的能力不高；若聚合物的相对分子质量太大，主链过长，则不仅会发生一个减水剂分子与多个水泥颗粒吸附，产生凝聚导致流动性变差，还会屏蔽分子主链上发挥减水作用的功能基，从而使其分散性降低。
3.2聚醚侧链长度
聚醚侧链越短，水泥浆体流动性损失越快，在一定范围内，随着聚醚侧链长度的增加，减水剂的减水率和坍落度保持性都相应增加，但如果聚醚侧链过长，则侧链间就可能会发生缠结，水泥颗粒间会形成桥连，导致水泥浆体的流动性变差。不同共聚单体减水剂的聚醚侧链长度对流动性的影响也不一致，对于（甲基）丙烯酸类减水剂，聚醚链越长，流动性越好；但对于马来酸酐类减水剂，聚醚链越短，流动性越好。
4减水剂的研究和应用
目前普通减水剂中，使用最广泛的是木质素磺酸盐，其次是多元醇类，如糖蜜、糖化钙、淀粉水解物等。其他普通减水剂因资源和成本问题使用较少。木质素磺酸盐减水剂是亚硫酸盐法生产纸浆的副产品。木质素磺酸盐减水剂的掺量为水泥重量的0.20%～0.30%，最佳为0.25%。在與不掺外加剂的混凝土保持相同的坍落度的情况下，减水率为8%～10%。在保持相同用水量时，可使坍落度增加6～8cm。减水作用的效果与水泥品种及用量、骨料的种类、混凝土的配比有关。
高效减水剂是高分子表面活性剂，并且有强的固、液界面活性作用。在水泥分散体系中，它们能吸附在水泥粒子表面上，并形成带负电的强电场，使水泥浆体产生分散，因此使水泥浆体的流动性大大提高。相反，它们气、液表面活性小，几乎不降低水的表面张力， 因此起泡作用很小，对混凝土无引气作用。在与基准混凝土保持相同坍落度时，掺高效减水剂可大幅度减少混凝土的用水量，并且减水率随着掺量的增加而提高。高效减水剂主要用于配制高强混凝土、流态混凝土和高性能混凝土。高效减水剂的掺入，可提高混凝土的流动性、强度，同时可以节约水泥用量。高性能减水剂是具有高效减水、适当引气并能减少和防止坍落度经时损失的外加剂，是制备高流动性混凝土，泵送混凝土，高强、高性能混凝土以及高密实性混凝土的必要组成材料。其主要成分几乎都是聚合物电解质类。
5结语
聚羧酸系减水剂的研究已成为混凝土外加剂研究中的一个热点问题，随着聚羧酸系减水剂的作用机理、结构号性能的关系等研究日益深入，合成工艺日趋成熟，聚羧酸系减水剂将会越来越广泛地应用到各种工程中。聚羧酸系减水剂工业的发展不仅推动整个混凝土材料的发展，而且将推动我国城市建设及经济的快速发展。
参考文献：
[1]王子明.聚羧酸系高性能减水剂应用[J].中国建筑，2012
[2]廖兵.聚羧酸系高效减水剂的研究和应用[J].化工进展，2012
关键词：减水剂 分散系数 混凝土
未来的高性能混凝土除具备良好的工作性，优异的力学性能和耐久性外；还应具备高耐磨性，超低收缩性，高韧性，高弹性，超低发热性，超早强性非磁性等多种功能。随着混凝土向高强化，高性能化发展，同时由于我国地理因素，气候以及混凝土原材料来源的差异性，要求混凝土外加剂必须具备多种功能和性能。由此可见单一品种混凝土外加剂已不能适应混凝土技术的发展。混凝土外加剂必须走复合型路子，向多种功能，复合型方向发展。
1高性能减水剂的种类
高性能减水剂分为改性木质素系、萘系、密胺系、氨基磺酸系、聚.羧酸系等五大类。前四种主要通过磺化缩合，将带强极性官能团的单体缩聚而得到产物，而聚羧酸类的减水剂则主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚，即将带活性基团的侧链接枝到聚合物的主链上而获得。聚羧酸系减水剂的分子结构呈梳形，特点是在主链上带多个活性基团，并且极性较强；侧链也带有亲水性的活性基团，并且链较长、数量多；疏水基的分子链段较短，数量也少。如用以下通式来表示聚羧酸系减水剂的化学结构，则实际代表物的化学式只是其中某些部分组合。高性能减水剂一般由一种或数种成分复合而成。我国的高效泵送剂大多数是通过高效减水剂、普通减水剂、引气剂、缓凝剂、增稠剂等几种组分复合而成的，具有较高减水率和一定的塌落度保持性能。由于复合外加剂配方波动较大，与不同水泥的相容性较差，另外，各生产企业技术水平差异很大，不能保证外加剂产品的高质量和正确应用，工程中常出现外加剂适应性不良、混凝土离析泌水、缓凝时间过长、塑性收缩裂缝较多，耐久性不良等众多问题。我国尚未制定高性能减水剂标准，其技术发展水平与国外发达水平相比，差距较大。
2减水剂的作用机理
2.1静电斥力作用和空间位阻作用
水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间存在引力作用会形成絮凝结构，使10%～30%的拌合水被包裹于其中，不能参与自由流动，失去润滑作用，影响混凝土拌合物的流动性。加入减水剂后，减水剂分子会定向吸附于水泥颗粒表面，其带有的阴离子基团会使水泥颗粒表面形成双电层，令水泥颗粒带上同种电荷，产生静电斥力，促使水泥颗粒相互分散，致使水泥的絮凝结构解体，释放出被包裹的水分，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性。减水剂分子中的长聚醚侧链具有亲水性，可以伸展于水溶液中，减水剂分子吸附于水泥颗粒表面后，会在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水立体层。当水泥颗粒相互靠近到达一定距离时，亲水立体层产生重叠，于是在水泥颗粒间产生空间位阻作用，阻碍水泥颗粒的凝聚，使混凝土的坍落度得到很好的保持。
2.2润滑作用
减水剂分子中带有极性亲水基，如-COOH、-0H、-NH2、-SO3H、（-0-R-）等，这些基团通过吸附、分散、润湿、润滑等表面活性作用，为水泥颗粒提供分散性及流动性。减水剂具有的亲水作用，可使水泥颗粒表面形成具有一定机械强度的溶剂化水膜，这不仅可以破坏水泥的絮凝结构，而且可以提高水泥颗粒表面的润湿性，为水泥颗粒与骨料颗粒间的相对运动提供润滑作用，使新拌混凝土和易性更好。另外，减水剂分子主链具有亲油性，减水剂的吸附可以降低水泥颗粒的固液界面能，降低体系总能量，提高分散体系的热力学稳定性，有利于水泥颗粒的分散。
3分子结构对产物性能的影响
3.1主链长度
主链长度主要取决于相对分子质量的大小。若聚合物的相对分子质量太小，主链过短，则所带负电基团过少，排斥力差，减水剂维持混凝土坍落度的能力不高；若聚合物的相对分子质量太大，主链过长，则不仅会发生一个减水剂分子与多个水泥颗粒吸附，产生凝聚导致流动性变差，还会屏蔽分子主链上发挥减水作用的功能基，从而使其分散性降低。
3.2聚醚侧链长度
聚醚侧链越短，水泥浆体流动性损失越快，在一定范围内，随着聚醚侧链长度的增加，减水剂的减水率和坍落度保持性都相应增加，但如果聚醚侧链过长，则侧链间就可能会发生缠结，水泥颗粒间会形成桥连，导致水泥浆体的流动性变差。不同共聚单体减水剂的聚醚侧链长度对流动性的影响也不一致，对于（甲基）丙烯酸类减水剂，聚醚链越长，流动性越好；但对于马来酸酐类减水剂，聚醚链越短，流动性越好。
4减水剂的研究和应用
目前普通减水剂中，使用最广泛的是木质素磺酸盐，其次是多元醇类，如糖蜜、糖化钙、淀粉水解物等。其他普通减水剂因资源和成本问题使用较少。木质素磺酸盐减水剂是亚硫酸盐法生产纸浆的副产品。木质素磺酸盐减水剂的掺量为水泥重量的0.20%～0.30%，最佳为0.25%。在與不掺外加剂的混凝土保持相同的坍落度的情况下，减水率为8%～10%。在保持相同用水量时，可使坍落度增加6～8cm。减水作用的效果与水泥品种及用量、骨料的种类、混凝土的配比有关。
高效减水剂是高分子表面活性剂，并且有强的固、液界面活性作用。在水泥分散体系中，它们能吸附在水泥粒子表面上，并形成带负电的强电场，使水泥浆体产生分散，因此使水泥浆体的流动性大大提高。相反，它们气、液表面活性小，几乎不降低水的表面张力， 因此起泡作用很小，对混凝土无引气作用。在与基准混凝土保持相同坍落度时，掺高效减水剂可大幅度减少混凝土的用水量，并且减水率随着掺量的增加而提高。高效减水剂主要用于配制高强混凝土、流态混凝土和高性能混凝土。高效减水剂的掺入，可提高混凝土的流动性、强度，同时可以节约水泥用量。高性能减水剂是具有高效减水、适当引气并能减少和防止坍落度经时损失的外加剂，是制备高流动性混凝土，泵送混凝土，高强、高性能混凝土以及高密实性混凝土的必要组成材料。其主要成分几乎都是聚合物电解质类。
5结语
聚羧酸系减水剂的研究已成为混凝土外加剂研究中的一个热点问题，随着聚羧酸系减水剂的作用机理、结构号性能的关系等研究日益深入，合成工艺日趋成熟，聚羧酸系减水剂将会越来越广泛地应用到各种工程中。聚羧酸系减水剂工业的发展不仅推动整个混凝土材料的发展，而且将推动我国城市建设及经济的快速发展。
参考文献：
[1]王子明.聚羧酸系高性能减水剂应用[J].中国建筑，2012
[2]廖兵.聚羧酸系高效减水剂的研究和应用[J].化工进展，2012