聚羧酸减水剂的分子结构、作用机理及特性

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浅谈聚羧酸系高效减水剂的作用机理及合成工艺

近几十年来，我国的混凝土工程技术取得了很大进步，高性能混凝土、自密实混凝土的应用越来越广泛，因此，对高效减水剂的要求也越来越高。聚羧酸系高效减水剂是近几年发展的新型高效减水剂，其主要成分为聚羧酸盐或脂的聚合物，其分散能力强，减水率高，对水泥的适应性好，将是今后高效减水剂研究和发展的重点。研究开发新型的聚羧酸系减水剂受到国内外广泛关注，代表了高效减水剂的主要发展方向。

1、聚羧酸系高效减水剂的作用机理

聚羧酸系减水剂由于其优异性能而引起业内广泛的关注。为了有效开发这一类型的减水剂，对其减水机理的研究非常重要。减水剂分散减水机理主要包括以下几个方面。

1.1水化膜润滑作用。聚羧酸减水剂由于分子结构中存在具有亲水性的极性基，可使水泥颗粒表面形成一层具有一定机械强度的溶剂化水膜。水化膜的形成可破坏水泥颗粒的絮凝结构，释放包裹于其中的拌合水，使水泥颗粒充分分散，并提高了水泥颗粒表面的润湿性，同时对水泥颗粒及骨料颗粒的相对运动具有润滑作用，所以在宏观上表现为新拌混凝土流动性增大，和易性好。

1.2静电斥力作用。水泥颗粒的稳定性主要由静电斥力和范德华引力的平衡来决定。减水剂加入到新拌混凝土中，其中的负离子就会在水泥粒子的正电荷的作用下定向吸附在水泥颗粒表面，形成扩散双电层的离子分布，使得水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，产生静电斥力，使水泥颗粒絮凝结构解体，颗粒相互分散，释放出包裹于絮团中的自由水，从而有效地增大拌合物的流动性。

1.3空间位阻作用。一般认为所有的离子聚合物都会引起静电斥力和空间位阻斥力两种作用力，聚羧酸类减水剂吸附在水泥颗粒表面，虽然使水泥颗粒的负电位降低较小，静电斥力较小，但是由于其主链与水泥颗粒表面相连，支链则延伸进入液相形成较厚的聚合物分子吸附层，从而具有较大的空间位阻斥力，所以在掺量较小的情况下便对水泥颗粒具有显著的分散作用。

聚羧酸减水剂

聚羧酸高效减水剂及其工程应用

摘要：作为高性能混凝土第五组分的高效减水剂主要经历了三种形式：第一代高效减水剂是20世纪60年代初开发出来的萘基高效减水剂和密胺树脂基高效减水剂又被称为超塑化剂；第二代高效减水剂是氨基磺酸盐；第三代减水剂是聚羧酸高效减水剂。本文以前人对聚羧酸高效减水剂的研究为基础，借鉴他们的研究成果从其分子特点、合成方法、作用机理、对混凝土性能的改善、工程应用与实践应用中存在的问题六个方面对聚羧酸减水剂做了介绍。关键字：聚羧酸减水剂、高效减水剂、高性能混凝土

1.聚羧酸减水剂的分子结构

聚羧酸系高性能减水剂采用不饱和单体共聚合而成，而不是传统减水剂使用的缩聚合成，合成原料非常多，通常有聚乙二醇、（甲基）丙烯酸、烯丙醇聚氧乙烯醚等。在分子结构上，聚羧酸系高性能减水剂的分子结构是线形梳状结构，而不是传统减水剂单一的线形结构。该类减水剂主链上聚合有多种不同的活性基团，如羧酸基团（—COOH）、羟基基团（—OH）、磺酸基（—SO3Na）等，可以产生静电斥力效应。

2.合成方法

2.1可聚合单体直接共聚法

单体直接共聚是先制备具有活性的大单体(一般是甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯) ，再聚合一定配比的单体(如丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠等)，采用溶液共聚的手段得到成品，即先酯化再聚合。该方法合成减水剂分子结构的可设计性好，可根据实际需要进行结构调整，产品质量稳定，目前很多聚羧酸的生产都采用此方法。但缺点是生产甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯大单体存在酯化控制难度，大单体酯化率和质量就直接影响了后续的共聚反应程度。同时中间分离纯化过程比较繁琐，生产成本较大。

聚羧酸分子结构

2 实验

2．1 实验材料

聚乙二醇、对苯二酚，ar．上海化学试‎剂公司；十二烷基苯‎磺酸、无水亚硫酸‎钠、氯丙烯，ar．西安三浦精‎细化工厂；丙烯酸、马来酸酐，ar．上海天原化‎工厂；水泥，32．5级普通硅‎酸盐水泥，秦岭水泥厂‎。

2．2 合成方法

2．2．1 丙烯酸聚乙‎二醇单酯（pa）的制备

在三口瓶中加‎入一定量的‎聚乙二醇、十二烷基苯‎磺酸、对苯二酚。110~120℃时开始加人‎丙烯酸，滴加完毕后‎，于120℃恒温2．5 h。将反应液减‎压蒸出副产‎物水，在此温度下‎反应2 h，脱出水分的‎速度明显减‎慢；130℃恒温，至真空反应‎得出水的量‎与理论值接‎近时为反应‎终点；在真空条件‎下降温至4‎0℃以下，出料得成品‎。

2．2．2 丙烯基磺酸‎钠（sas）的制备

在三口瓶中‎加人一定量‎的蒸馏水、无水亚硫酸‎钠，加热搅拌使‎其溶解，在45℃时开始加人‎氯丙烯，滴加完毕后‎，升温至47‎℃反应3 h；将反应物减‎压，在40℃时蒸干，然后加入无‎水乙醇洗涤‎，趁热抽滤；将滤液减压‎，在40℃时蒸至近干‎，倒出置于烧‎杯中结晶。2．2．3 马来酸酐（m）一pa—sas共聚‎物的合成

在三口瓶中‎加入蒸馏水‎、马来酸酐，加热搅拌使‎其溶解，当温度达到‎60℃时开始加人‎p a和sa‎s溶液，同时加人过‎硫酸盐。滴加完后升‎温至85℃反应3～5 h，出料即为目‎标减水剂。

2．3 性能测试方‎法

2．3．1 水泥和易性‎

在100 g基准水泥‎中掺人0．3%（质量比，下同）的减水剂，同时加入2‎9g水观察和‎易性。然后将水的‎加量增加至‎35 g，观察和易性‎，再将减水剂‎的掺量增至‎0．5%，观察和易性‎及流动性。

聚羧酸系减水剂结构与作用机理

1 结构: 聚羧酸类减水剂是由各种乙烯类单体经共聚合反应获得的一类在主链上含有阴离子(如羧基、磺酸基)及其他极性基团(如羟基、醚、酰胺、胺)等的水溶性高分子，具有很多良好的使用性能。其化学结构可表示为式中X为CH2、CH2R等，Y为CH2、CO 等，Z为O、NH等，R1为CH3、CH3CHOH等,R2为CH2CH2等，R3为C1～4，,M1、M2分别代表H、碱金属离子；M3代表H、碱金属离子、铵离子、有机胺。主链上-COOH-和-SO3-提供静电斥力，梳形聚合物侧链触向水泥粒子各个部位，起着立体阻碍的重要作用，决定分散系统的稳定性，保持水泥浆体流动性。由于主链长，极性基团多，静电斥力强，空间分子结构庞大，侧链多也较长，空间位阻大，从而对水泥粒子具有良好的分散、减水、稳定作用使得水泥浆用水量小而流动性好，粘聚性大而不易分层。

2 作用机理: 聚羧酸系减水剂在水泥粒子表面上以接枝共聚物的齿型吸附形态达到稳定的分散效果主要取决于被吸附聚羧酸分子的静电排斥力作用和立体排斥力作用。根据DLVO理论，水泥粒子表面的Zeta电位大小与水泥粒子的分散性密切相关。静电排斥力的分散稳定性取决于水泥粒子相互接近时产生的静电排斥力与范德华力之和的粒子间作用势能。聚羧酸系减水剂主链中的活性基团链段，通过离子键、共价键氢键以及范德华力等相互作用，紧紧地吸附在强极性的水泥粒子表面上，并改变其表面电位；带活性基团的侧链嵌挂在主链上，当吸附于固体颗粒表面时，形成具有一定厚度的溶剂化层，同时传递一定的静

聚羧酸减水剂生产工艺

一、引言

一般认为，减水剂的发展分为三个阶段：以木质素磺酸钙为代表的第一代普通减水剂阶段；以萘系为代表的第二代高效减水剂阶段；以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂阶段。

与传统的减水剂相比，聚羧酸系高性能减水剂有很多特点：1.在合成工艺上，聚羧酸系高性能减水剂采用不饱和单体共聚合成而不是传统减水剂使用的缩聚合成，因此该类减水剂的合成原料非常之多，通常有聚乙二醇、（甲基）丙烯酸、烯丙醇聚氧乙烯醚等。2.在分子结构上，聚羧酸系高性能减水剂的分子结构是线形梳状结构，而不是传统减水剂单一的线形结构。该类减水剂主链上聚合有多种不同的活性基团，如羧酸基团（—COOH）、羟基基团（—OH）、磺酸基（—SO3Na）等，可以产生静电斥力效应；其侧链带有亲水性的非极性活性基团，具有较高的空间位阻效应。由于其广泛的原料来源，独特的分子结构，故而具有前两代减水剂不可比拟的优点，加上在合成过程中不使用甲醛，属绿色环保产品，因此，已成为混凝土外加剂研究领域的重点和热点之一。

但是，也许是涉及技术秘密，目前该领域的研究成果报道较少，尤其是聚羧酸系高性能减水剂的合成工艺。因此，本文在此予以简介之。

二、聚羧酸系高性能减水剂合成工艺简介。

聚羧酸系高性能减水剂目前主要存在聚酯类和聚醚类两大主流产品。聚酯类：包括酯化和聚合两个过程。聚醚类：只有聚合一个过程。

(一)、聚酯类聚羧酸系高性能减水剂合成工艺。

1、合成工艺简图

冷凝器去离子水

↓↓

聚乙二醇过硫酸铵↓

→→→→→→酯化→→→→→计量槽→→聚合中和成

甲基丙烯酸→→→→

聚羧酸减水剂的作用机理

聚羧酸减水剂是一种常用的混凝土外加剂，它可以显著降低混凝土的水灰比，提高混凝土的流动性和可泵性。

聚羧酸减水剂的主要作用机理如下：

1. 分散作用：聚羧酸减水剂可以通过其分散作用，改善混凝土中固体颗粒的分散状态，减少颗粒间的吸附力和凝聚力，从而降低混凝土的黏聚性和内摩擦力。这种分散作用使得混凝土流动性增加，易于施工操作。

2. 吸附作用：聚羧酸减水剂的分子结构中含有亲水基团和疏水基团，在混凝土中形成有效的吸附层，在水化过程中与水泥颗粒吸附结合，阻止颗粒的聚集和凝结，从而降低了混凝土的黏聚性和内摩擦力，增加了混凝土的流动性。

3. 减水作用：聚羧酸减水剂通过与水泥颗粒表面形成吸附层，有效地阻止了颗粒间的相互吸附和凝聚，减少了水泥颗粒间的摩擦力，从而降低了混凝土的黏聚性，使得相同水泥用量下的水掺量减少，实现了减水的效果。这样可以提高混凝土的强度和耐久性。

总的来说，聚羧酸减水剂通过分散作用、吸附作用和减水作用改善混凝土的流动性和可泵性，提高混凝土的工作性能和性能，同时降低了水灰比和水泥用量。它在混凝土施工中起到了优化混凝土配制、提高施工效率和质量的作用。

聚羧酸系减水剂的研究现状与发展趋势

1. 引言

1.1 背景介绍

随着科技的不断发展和应用需求的不断提高，聚羧酸系减水剂研究领域也在不断拓展和深化。对聚羧酸系减水剂的分类、应用领域、研究现状和发展趋势进行全面的分析，有助于更好地推动该领域的发展，提高混凝土工程的质量和效益。

1.2 研究意义

聚羧酸系减水剂作为混凝土添加剂在建筑工程领域中扮演着重要的角色，其研究意义主要体现在以下几个方面：

1. 提高混凝土的流动性和可塑性：聚羧酸系减水剂可以大幅提高混凝土的流动性和可塑性，使得混凝土更容易施工和成型，大大提高了施工效率和质量。

2. 降低混凝土的水灰比：聚羧酸系减水剂能够有效降低混凝土的水灰比，使得混凝土拥有更优良的力学性能，提高混凝土的强度和耐久性。

3. 减少混凝土的开裂和收缩：通过合理使用聚羧酸系减水剂可以有效减少混凝土的开裂和收缩现象，提高混凝土的耐久性和使用寿命。

4. 推动混凝土技术的发展：聚羧酸系减水剂的研究对混凝土技术

的提升具有重要意义，可以促进混凝土材料的绿色化、材料节约和工

艺创新，推动混凝土技术不断向前发展。

聚羧酸系减水剂的研究意义在于促进建筑工程领域的技术进步和

质量提升，推动混凝土技术的创新和发展，为建筑行业的可持续发展

做出贡献。

2. 正文

2.1 聚羧酸系减水剂的特点

聚羧酸系减水剂是一种具有优异分散性和吸附性能的混凝土外加剂，其特点主要包括以下几个方面：

1. 分散性强：聚羧酸系减水剂通过分子链上的碳链段与水泥颗粒

形成较强的吸附作用，能够有效降低水泥颗粒之间的静电和表面张力，使其分散均匀在混凝土中，从而提高混凝土的流动性和可泵性。

聚羧酸减水剂

合成方法
合成方法
对于聚羧酸减水剂的合成，分子结构的设计是至关重要的，其中包括分子中主链基团、侧链密度以及侧链长度等。合成方法主要包括原位聚合接枝法、先聚合后功能化法和单体直接共聚法。
1、原位聚合接枝法
以聚醚作为不饱和单体聚合反应的介质，使主链聚合以及侧链的引入同时进行，工艺简单，而且所合成的减水剂分子质量能得到一定的控制，但这种方法涉及的酯化反应为可逆反应，在水溶液中进行导致接枝率比较低，已经逐渐被淘汰E14]。
应用范围
应用范围
适用于高速铁路、客运专线、工业与民用建筑、道路、桥梁、港口码头、机场等工程建设的预制和现浇混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土。
特别适用于配制混凝土施工时间长，对混凝土坍落度保持要求高的工程，如核电工程。
使用方法
使用方法
掺量范围：一般情况下，折算20%含固量时掺量为胶凝材料重量的0.5～1.5%，推荐掺量为1.0%。
同时聚羧酸减水剂也存在一些问题：1.高温环境下保坍性不足；2.温度敏感性强，同种聚羧酸减水剂在不同季节施工，混凝土保坍性相差甚远；3.功能性产品较少，很难满足超高、超长距离混凝土泵送、负温施工、超早强混凝土的制备以及混凝土高耐久等要求；4.粘度高，在高掺合材、低水胶比混凝土配制中，混凝土粘度高，不利于施工；5.对砂石集料的含泥量敏感性强。 6.对机制砂适应也差，掺量敏感影响施工。

聚羧酸减水剂反应方程式

1. 简介

聚羧酸减水剂是一种广泛应用于建筑材料中的化学添加剂。它能够降低混凝土水泥浆体的黏滞性，使其具有更好的可流动性和可加工性。聚羧酸减水剂的主要成分是聚羧酸聚合物，它通过与水泥中的氢氧化钙发生化学反应来实现调节混凝土的流变性能。

2. 聚羧酸减水剂的结构

聚羧酸减水剂的结构与聚羧酸聚合物密切相关。聚羧酸聚合物是一类具有羧酸基团的高分子化合物，它们通常由丙烯酸、丙烯酸酯和丙烯酸羟乙酯等单体组成。聚羧酸聚合物的结构可以简化为主链与侧链的组合，其中主链由大量的丙烯酸单体组成，侧链则是由丙烯酸酯或羟乙酯单体引入的。

3. 聚羧酸减水剂的作用机理

聚羧酸减水剂在水泥浆体中起到调节流变性能的作用是通过与水泥中的氢氧化钙发生化学反应来实现的。具体来说，聚羧酸减水剂中的羧酸基团与水泥中的氢氧化钙反应生成更稳定的碳酸钙，这样就能够减少水泥浆体的黏结力。同时，聚羧酸减水剂的侧链结构还能够与水泥中的硅酸盐发生相互作用，增强水泥浆体的分散性和稳定性。

4. 聚羧酸减水剂的反应方程式

聚羧酸减水剂与水泥中的氢氧化钙和硅酸盐发生反应后，会引起水泥浆体的流变性能变化。以下是聚羧酸减水剂与水泥中主要成分反应的方程式：

1.聚羧酸减水剂与氢氧化钙的反应方程式：

–聚羧酸减水剂中的羧酸基团与氢氧化钙反应生成碳酸钙：

•R-COOH + Ca(OH)₂ → R-COOCa + H₂O

2.聚羧酸减水剂与硅酸盐的反应方程式：

–聚羧酸减水剂的侧链与硅酸盐反应生成稳定分散的物质：

•R’-Si(OR)₃ + Si(OH)₄ → R’-Si-O-SiR + H₂O

聚羧酸减水剂分子结构

聚羧酸减水剂是一种在混凝土和水泥制品中常用的化学添加剂，用于控制水泥浆体的流动性和减少混凝土的水分含量。它是由一种或多种聚羧酸分子组成的聚合物。

聚羧酸减水剂的分子结构通常具有以下特点：

主链：聚羧酸减水剂的主链通常是由碳和氧原子组成的聚合物链，其中含有大量的羧酸官能团（-COOH）。

側鏈：在主链上会有一些侧链分支，通常是由碳、氧和氢原子组成，也可能包含其他官能团。这些侧链可以调节分子的极性、亲水性和溶解性，从而影响减水剂的性能。

功能基团：聚羧酸减水剂的分子中通常含有羧酸官能团（-COOH）、羧酸酯官能团（-COOR）和羧酸酰胺官能团（-CONR2），它们与水泥颗粒表面发生化学反应，改变水泥浆体的流动性和黏度。

需要注意的是，由于聚羧酸减水剂的种类繁多，不同的产品可能具有不同的分子结构。上述描述是一般情况下聚羧酸减水剂的分子结构特点，具体产品的结构可以根据不同的化学配方和制造工艺而有所差异。

聚羧酸系减水剂的应用技术

及其含不同官能团的衍生物，如醚、、醇磺酸盐等；
聚苯乙烯磺酸盐和（甲基）丙烯酸盐、等．酯目前聚
广泛关注．欧美萘系减水剂成为限用品，在聚羧酸系减水剂必然逐步取代萘系减水剂．当前世界在范围内，日本和美国对聚羧酸减水剂的使用率已
种混凝土，羧酸系减水剂的应用引起工程界的聚
由图１可知，羧酸系减水剂主要通过不饱聚
和单体在引发剂作用下共聚而成，目前所用的不
饱和单体主要有：不饱和酸及其酸酐如马来酸、马
来酸酐和（甲基）烯酸等可聚合的羧酸；丙聚烯烃
２聚羧酸系减水剂的结构和主要作
用机理
２１聚羧酸系减水剂的结构．
的高性能化的潜力较大；成中不使用甲醛等污合染物质，有利于建筑业的可持续发展．聚羧酸系减水剂的研究开发始于２０世纪８０年代末９０年代初，日本存在砂石料短缺与混凝土耐久性问题，主导研制高减水、落度保持的高性坍能减水剂，继应用聚羧酸系减水剂开发新型特相

聚羧酸系高性能减水剂的研究现状及发展趋势

文献综述
文献综述
聚羧酸系减水剂的研究起源于20世纪90年代，其研制和应用颠覆了传统混凝土外加剂的观念。大量研究表明，聚羧酸系减水剂不仅具有优良的减水效果，还能显著提高混凝土的流动性、耐久性和强度。然而，对于其作用机理，尤其是对水泥分散性及水化过程的影响，仍需进一步探讨。
研究方法
研究方法
研究结果与分析
1.性能特点
1.性能特点
聚羧酸系高性能减水剂具有出色的减水率、分散性和流动性等性能特点。与传统的减水剂相比，聚羧酸系高性能减水剂对混凝土的增强效果更显著，能够显著提高混凝土的强度、耐久性和稳定性。此外，聚羧酸系高性能减水剂还具有适应性强、掺量低、环保等优点。
2.制备方法
2.制备方法
聚羧酸系高性能减水剂的制备主要采用聚合反应技术，包括本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合等。其中，乳液聚合是最常用的制备方法，具有反应速度快、操作简单、产物分子量高等优点。在制备过程中，通常选用不饱和羧酸单体与乙烯类单体进行共聚反应，通过控制反应条件和引发剂类型等参数，制备出不同分子量和性能的聚羧酸系高性能减水剂。
通过对功能可控型聚羧酸减水剂的实验数据进行分析，可以发现其具有以下优势和不足。首先，功能可控型聚羧酸减水剂具有很高的减水率和良好的分散性，能够显著提高混凝土的流动性，同时减少混凝土的收缩和开裂。其次，功能可控型聚羧酸减水剂具有较强的适应性，可以在不同的施工条件下使用，提高混凝土的质量和稳定性。

聚羧酸减水剂机理及应用

￥’ 。
Ｊ－．
图１聚羧酸系超塑化剂分子结构图［１］
Ｒ，Ｒ，Ｒ，５６７１２３Ｒ，Ｒ，Ｒ代表ＨＣ３４代表带有１或Ｈ：Ｒ～３个炭原子的烷基基团：
减水剂的发展可分为三个阶段，分别为以木钙为代表的第
一
代普通减水剂阶段；以萘系为代表的第二代高效减水剂阶段
最小［。２］
（一）减水剂对水泥净浆性能的影响对于水泥净浆，主要测定减水剂对水泥净浆流动性的影响，
减水剂对水泥凝结时间的影响和减水剂与不同水泥的相容性。
相关文献表明 … ：未掺减水剂的水泥净浆的流动度很小或者不流动；当掺入减水剂后，由于水泥颗粒对减水剂的吸附分散作用，使水泥浆中水泥颗粒分布更均匀，絮凝结构中的游离水释放出来，水泥净浆的流动度大大增加。水泥浆体的凝结快慢取
使得水泥颗粒问产生斥力作用。吸附层重叠越多，斥力越大，这种斥力称之为空间位阻斥力。
由于水泥的产地不同，其矿物组成的差异较大，外加剂与水泥的不相容问题已成为一个十分普遍的问题。相关研究指出［：影响水泥一高效减水剂拌合物性能的因素主要是：Ｃ和ＣＦ３Ａ的含量、Ｃ的形态、硫酸钙含量及形态；石膏，半水石膏或硬３Ａ
三、聚羧酸系高效减水剂作用机理
基于目前对减水剂的了解，通常，减水剂是通过表面活性

聚羧酸减水剂专项技术培训

度快速提高，混凝土强度达到或超过抗冻临界强度后，就
可以避免因冰冻引起的结构破坏。常用的早强剂有三乙醇
胺、元明粉、甲酸钙、乙酸钙、大苏打、尿素、草酸、硫
代硫酸钠等。一般掺量在0.2%~2%。
三、聚羧酸减水剂的复配工艺
3、常用功能材料
•
其他功能性小料：针对不同材料或设计要求，需要额
外加入以改善混凝土其他性能的一些材料，如抗泥剂、机
程中引入适量微小气泡，可以改善混凝土的各项性能指标。
一般掺量在万分之三~万分之八。
• 目前市场上效果较好的引气剂和消泡剂品牌有德固赛、巴斯夫、克莱恩、日本竹本、日本花王。
三、聚羧酸减水剂的复配工艺
3、常用功能材料
•
缓凝剂：夏季温度较高时，混凝土的凝结时间大大缩
短，进而影响混凝土的坍落度损失。外加剂复配时加入适
现冰冻，破坏混凝土质量。加入的防冻剂可以降低混凝土
中水的冰点，并使冰的结构发生改变，形成低强度的絮状
冰渣，大幅度降低冰的膨胀破坏效果。常用的防冻剂有亚
硝酸钠、硝酸钠、亚硝酸钙、氯化物（预应力混凝土/钢
筋混凝土禁用）、乙二醇等。一般掺量在2%~5%。
三、聚羧酸减水剂的复配工艺
3、常用功能材料
•
早强剂：冬季加入早强剂后，可以使混凝土的早期强
•
消泡剂：因为聚羧酸母液材料本身的性质，自带引气

聚羧酸减水剂反应方程式

一、聚羧酸减水剂的介绍

1.1 定义

聚羧酸减水剂，又称高性能减水剂，是一种高效的混凝土外加剂，能够显著降低混凝土的用水量，提高混凝土的流动性和均匀性，从而提高混凝土的强度和耐久性。

1.2 分类

根据其分子结构和性质特点，聚羧酸减水剂可以分为普通聚羧酸减水剂、高效聚羧酸减水剂、超高效聚羧酸减水剂等多种类型。

1.3 应用领域

聚羧酸减水剂广泛应用于各种混凝土工程中，包括建筑物、桥梁、隧道、地铁、码头、机场等。

二、聚羧酸减水剂反应机理

2.1 聚合反应

在加入聚羧酸分散液到混合料中后，其中的单体会发生自由基引发的自由基聚合反应，形成线型或支化结构的高分子化合物。

2.2 吸附作用

聚羧酸分散液中的羧酸基团可以与水泥颗粒表面上的氢氧根离子发生静电吸引作用，从而使水泥颗粒表面带有负电荷，形成一层稳定的静电吸附层。

2.3 空化作用

聚羧酸分散液中的空化剂能够在混合料中形成微小的气泡，从而改善混凝土的流动性和均匀性。

三、聚羧酸减水剂反应方程式

3.1 聚合反应方程式

聚羧酸单体+自由基→聚羧酸高分子化合物

3.2 吸附作用方程式

COOH- + Ca2+ → COO-Ca+

3.3 空化作用方程式

ROH + NaClO → RO· + NaCl + H2O

四、聚羧酸减水剂对混凝土性能的影响

4.1 减少用水量

加入适量的聚羧酸减水剂可以显著降低混凝土所需用水量，从而提高混凝土密实度和强度。

4.2 提高流动性和均匀性

聚羧酸减水剂可以使混凝土具有良好的流动性和均匀性，从而提高混凝土的施工性能和美观度。

4.3 增强耐久性

聚羧酸减水剂的分子结构与性能关系

聚羧酸减⽔剂的分⼦结构与性能关系

1.主链与侧链的长度影响

反应性聚合物分散剂控制混凝⼟坍落度损失，其分散作⽤机理是⾮⽔溶性的聚丙烯酸盐、氨或酯等，在⽔泥浆体的碱性环境中缓慢溶解，聚合物分⼦因分解⽽转变成带羧基、酰胺基、羟基等活性基团的分散剂，从⽽保持混凝⼟的⾼流动状态。Ohta等、Yamada等对聚羧酸主链、侧链的长度等⾼分⼦的结构与混凝⼟的分散性、分散性保持性、凝结的关系进⾏了研究，结果如表1所⽰。当⼲聚合物很长，接枝聚合物很短，相对接枝单元数⽬很⼤时会产⽣低的可分散性和短的可分散性保持性能。如果⼲聚合物很短，接枝聚合物很长，相对接枝单元数⽬很⼩时会产⽣⾼的可分散性。在长分散性保持性的情况下，⼲聚合物应当更短，接枝聚合物很长⽽相对接枝单元数⽬很⼩。可见，聚合物所带官能团如羧基、磺酸基和聚氧⼄烯基的数量以及侧链的链长、主链聚合度等影响聚羧酸系减⽔剂对⽔泥粒⼦的分散性，要获得较好的分散性，则需要聚合的种类多、侧链长、主链聚合度短并且要含有较多的磺酸基。聚羧酸系⾼分⼦主要是利⽤了阴离⼦基团的静电斥⼒和侧链的⽴体效应两个功能，对聚合物主链上个官能团的相对⽐例、聚合物主链的接枝侧链长度以及接枝数量的多少进⾏调整，使其达到结构平衡，就可以显著提⾼减⽔率和流动性的保持。

表1 决定⾼分散性和⾼分散性保持性的结构因素

徐雪峰等的⼯作表明，羧基与醚键的物质的量之⽐为2.0⾄3.0时，减⽔率和流动保持性均较好，聚醚侧链聚合度以12⾄23较好。

（a）（b）

图5 羧酸与醚的物的量之⽐对（a）减⽔率（b）流动度保持性的影响在⽇本使⽤的梳型（comb-type）减⽔剂，其主要组分可分成五类，如表2所⽰。第I-第VI组主要由接枝了PEO⽚段的聚合物组成，第II、I组是其代表结构；第III组含有磺酸基团；第IV 组含有接枝的长链；第V组⽤于与第I组聚合物桥连。所有的聚合物在主链上都含有羧基，梳型部分吸附在⽔泥颗粒上。梳型减⽔剂的羧酸基团则与⽔泥粒⼦或其⽔合物表⾯的Ca2+结合。