聚羧酸系高效减水剂
浅谈聚羧酸系高效减水剂的作用机理及合成工艺
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。
1.4引气隔离“滚珠”作用。
聚羧酸系高效减水剂的研究和应用
在国外，聚羧酸类减水剂的研究已有相当长的历史，其应用技术已经成熟。日本是研究和使用聚羧酸类减水剂最多也是最成功的国家，1995年以后聚羧酸系减水剂在日本的使用量就超过了传统的萘系减水剂，1998年底聚羧酸系减水剂产品已占所有高性能AE减水剂产品总数的60%以上，其主要生产厂商有花王、竹本油脂、日本制纸、藤泽药品等[1]。对聚羧酸系减水剂的研究主要集中在新拌混凝土有关性能和硬化混凝土的力学性能及高强高性能混凝土在工程中的应用技术。目前聚羧酸系减水剂可使混凝土的水灰比下降到0.25以下，而水泥用量仍可保持在500kg/m3，同时它的坍落度可保持200mm以上，完全满足施工要求。近年来，北美和欧洲的一些研究者的论文中也有许多关于研究开发具有优越性能的聚羧酸系减水剂的报道，主要是商业开发和推广，如Grance公司的Adva系列、MBT公司的pheomixTOOFC牌号、Sika公司的Viscocrete3010等[2]。
4.2支链PEO对产物性能的影响
Uchikawa[18]和Yoshioka等[19]发现聚羧酸系减水剂的PEO侧链对水泥颗粒分散性和分散保持性有重要的影响，侧链聚合度越小，水泥浆体的流动性损失越快，由于空间位阻效应，所合成的带有聚氧乙烯侧链的高效减水剂随着侧链的增长，减水剂的空间立体作用增加，因此对水泥颗粒的分散效果更好，流动保持性也增加，但是PEO侧链过大时，支链间可能发生缠结，在水泥颗粒间形成桥接，反而影响流动性保持性[20]。Kinoshita[21]研究了甲基丙烯酸乙二醇接枝共聚物类聚羧酸系高效减水剂，认为具有不同长度的聚乙二醇能同时达到较高的流动性和流动度保持性能。该甲基丙烯酸乙二醇接枝共聚物含有羧酸官能团、磺酸基官能团和烷氧基聚乙二醇官能团，含有长侧链聚乙二醇的聚羧酸减水剂有较高的立体排斥力，分散时间短，有较好的分散性和流动度，但流动性保持性能差；含有短侧链聚乙二醇的聚羧酸系减水剂分散时间长，流动保持性能好。Sakai[22]发现主链较短支链较长的聚羧酸系减水剂的分散性能要好于主链较长而支链较短的聚羧酸系减水剂。Nawa等[23]研究了普通硅酸盐水泥掺加具有不同聚氧乙烯基侧链长度、不同支链位置的聚羧酸型超塑化剂后，流动度受温度（10～30℃）影响的规律，结果表明，侧链长度越长，掺加有该减水剂的水泥浆的分散性受温度的影响越小。因此，在主链上具有适当长度PEO侧链的接枝共聚物既能获得所需的流动性，也能获得流动性的保持性。
聚羧酸系高效减水剂知识简介
聚羧酸系高效减水剂知识简介一、混凝土外加剂的发展现状减水剂是一种重要的混凝土外加剂，是新型建材支柱产业的重要产品之一。
高效减水剂不但大大提高了高强混凝土的力学性能，而且提供了简便易行的施工工艺。
目前我国广泛使用的高效减水剂主要是萘系产品。
萘系高效减水剂对我国混凝土(砼)技术和砼施工技术的进步，对提高建筑物的质量和使用寿命、降低能耗、节省水泥及减少环境污染等方面都起着重要的作用。
由于萘系高效减水剂的应用而出现的高强砼、大流动性砼是砼发展史上继钢筋砼、预应力砼后的第三次重大革命。
可以说减水剂的技术及其应用代表着一个国家建筑材料和施工技术的水平。
但是萘系减水剂在近几十年的发展中也暴露了一些自身难以克服的问题。
例如，用它配制的砼坍落度损失影响十分明显，不可能有更高的减水率，其生产的主要原料——萘是炼焦工业的副产品，来源受钢铁工业的制约，等等。
为此，国外积极研究和开发非萘系高效减水剂，以丰富的石油化工产品为原料，以极高的减水串、极小的坍落度损失使萘系减水剂黯然失色，从而开创出减水剂技术和砼施工技术的新局面。
我国聚羧酸系减水剂发展起步较晚，其用量只占减水剂总用量的2%左右，但其在国内重特大工程中的应用正逐渐增多。
国外不少大的化学建材公司，如德固赛集团、格雷斯建材公司、马贝集团、西卡公司、富斯乐公司和花王公司等，纷纷将自己生产的聚羧酸系减水剂产品通过进口方式引进中国市场，对推动聚羧酸系减水剂在工程中的应用起到了非常重要的作用。
值得一提的是，国内少数厂家也开始生产、销售聚羧酸系减水剂产品。
目前，我国正在制定聚羧酸系高性能减水剂的标准，相信会促进我国聚羧酸系减水剂工业的快速、健康发展。
二、聚羧酸系高效减水剂的研究进展自20世纪90年代以来，聚羧酸已发展成为一种高效减水剂的新品种。
它具有强度高和耐热性、耐久性、耐候性好等优异性能。
其特点是在高温下坍落度损失小，具有良好的流动性，在较低的温度下不需大幅度增加减水剂的加入量。
聚羧酸系高性能减水剂
对钢筋无锈蚀作用
表六 聚羧酸新高性能减水剂匀质性指标 序号 1 试验项目 固体含量a 指标 对液体聚羧酸新高性能减水剂： 对液体聚羧酸新高性能减水剂： S≥20%时，0.95S≤X＜1.05S 时 ＜ S＜20%时，0.90S≤X＜1.10S ＜ 时 ＜ 对固体聚羧酸新高性能减水剂： 对固体聚羧酸新高性能减水剂： W≥5%时，0.90W≤X＜1.10W 时 ＜ W＜5%时，0.80W≤X＜1.20W ＜ 时 ＜ 对固体聚羧酸新高性能减水剂，其0.3mm筛筛余应小于 筛筛余应小于15%。 对固体聚羧酸新高性能减水剂， 筛筛余应小于 。 应在生产厂控制值的± 之内 之内。 应在生产厂控制值的±1.0之内。 对液体聚羧酸新高性能减水剂， 对液体聚羧酸新高性能减水剂，密度测试值波动范围应控制在 之内。 ±0.01g/mL之内。 之内 不应小于生产厂控制值的95%。 。 不应小于生产厂控制值的 不应小于生产厂控制值的95%。 。 不应小于生产厂控制值的
2
0.6
3
15
表五 掺聚羧酸高性能减水剂混凝土性能指标 性能指标 序号 1 2 3 4 5 减水率/% 减水率 泌水率/% 泌水率 含气量/% 含气量 1h坍落度保留值 坍落度保留值/mm 坍落度保留值 凝结时间差/min 凝结时间差 1d 6 抗压强度比/% 抗压强度比 不小于 28d收缩率比 收缩率比/% 收缩率比 对钢筋锈蚀作用 3d 7d 28d 7 8 不大于 实验项目 Ⅰ 不小于 不大于 不大于 不小于 170 160 150 130 100 — -90~+120 150 140 130 120 120 155 145 130 100 25 60 FHN Ⅱ 18 70 6.0 150 >+120 — 135 125 120 120 Ⅰ 25 60 HN Ⅱ 18 70
聚羧酸减水剂母液(高减水型)产品特点、使用方法及注意事项
聚羧酸减水剂母液(高减水型)产品特点、使用方法及注意事项聚羧酸减水剂母液(高减水型)聚羧酸减水剂高减水型采用聚氧乙烯醚大单体、不饱和酸和磺酸基单体经自由基聚合而成的新一代聚羧酸系高性能减水剂。
产品具有极高的减水率和低的坍落度损失性能，可保证配制混凝土所需的高减水率，可广泛应用于泵送混凝土、超流态自密实以及高强高性能混凝土和商品混凝土。
产品具有梳形结构，分子中采用具有更长长度是聚氧乙烯基长链和高密度磺酸基团，使得具有更大的空间位阻作用和静电斥力作用，为水泥提供了更大的分散性和更高的减水率。
一、产品特点极高的减水率产品具有极大的分散性和极高的减水率（减水率可达40%以上），为配制高等级混凝土提供了保证。
优异的工作性：新拌混凝土高流动性，容易浇筑和密实，能有效的降低混凝土粘度，粘聚性好，含气量适中，适于泵送；混凝土硬化和耐久性能好，混凝土各龄期强度高，体积稳定性好，抗渗、抗冻融、抗腐蚀和抗碳化性能突出；适应性广对硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐、粉煤灰水泥、火山灰水泥和各种掺合料均具有广泛的适应性。
绿色、环保，所用原料无毒无害，生产过程中无三废产生。
二、技术指标表1 减水剂匀质性指标检验项目质量指标检验结果外观/ 浅棕黄色透明液体密度g/cm3 1.020-1.050pH / 6~8固含量/ 40±1碱含量（Na2O+0.658K2O %）≤10.0 2.1氯离子含量（%）≤0.2000.018硫酸钠含量（%）≤10.00 1.20水泥净浆流动度mm ≥270300表2 混凝土物理力学性能检验项目质量指标检验结果减水率（%）≥2535常压泌水率比（%）≤200压力泌水率比（%）≤9035含气量（%）≤5.0 3.5坍落度保留值mm 30min ≥18022060min ≥150180抗压强度比（%）3d ≥1701957d ≥15018028d ≥135155对钢筋锈蚀作用无锈蚀无锈蚀收缩率比（%）≤135103三、应用范围1、适用于配制早强型混凝土、缓凝型混凝土、预制混凝土、现浇混凝土、大流态混凝土、自密实混凝土、大体积混凝土、高性能混凝土和清水混凝土，各种工业及民用建筑中的预拌和现浇混凝土。
聚羧酸高性能减水剂
目录1.减水机理 (2)2.优良的性能 (2)2.1 减水剂的匀质性分析 (2)2.2 水泥水化热－电性能分析 (3)2.3 早强效应 (3)2.4减水性能分析 (4)2.5 环保分析 (4)聚羧酸高性能减水剂聚羧酸系高性能混凝土减水剂是20世纪80年代中期由日本首先开发应用的新型混凝土减水剂。
它主要是通过不饱和单体在引发剂作用下共聚，将带活性基团的侧链接枝到聚合物的主链上，使其同时具有高效、控制坍落度损失和抗收缩、不影响水泥的凝结硬化等作用。
聚羧酸系高性能减水剂是完全不同于萘磺酸盐甲醛缩合物NSF 和三聚氰铵磺酸盐甲醛缩合物MSF减水剂，即使在低掺量时也能使混凝土具有高流动性，并且在低水灰比时也具有低粘度和坍落度保持性能。
它与不同水泥有相对更好的相容性，是高强高流动性混凝土所不可缺少的材料。
聚羧酸系混凝土减水剂是继木钙和萘系减水剂之后发展起来的第三代高性能化学减水剂，与传统减水剂相比主要具有以下几个突出的优点:a.高减水率：聚羧酸高性能减水剂减水率可达25-40％。
b. 高强度增长率：很高的强度增长率，尤其是早期强度增长率较高。
c.保坍性优异：极好的保坍性能，可保证混凝土极小的经时损失。
d.匀质性良好：所配混凝土有非常好的流动性，容易浇注和密实，适用于自流平、自密实混凝土。
e. 生产可控性：可通过对聚合物分子量、侧链的长短、疏密及侧链基团种类的调整来调节该系列减水剂的减水率、保塑性和引气性能。
f.适应性广泛：对各种纯硅、普硅、矿渣硅酸盐水泥及各种掺合料制混凝土均具有良好的分散性及保塑性。
g.低收缩性：能有效提升混凝土的体积稳定性，较萘系减水剂混凝土28d收缩降低了20%左右，有效的减少了混凝土开裂带来的危害。
h.绿色环保：无毒性、无腐蚀性，不含甲醛及其他有害成分。
1.减水机理聚羧酸高性能减水剂是运用分子结构设计原理，以DLVO电荷排斥理论和空间位阻效应理论为基础，将带有不同功能的活性基团接枝到主链上聚合而成。
萘系高效减水剂与聚羧酸系减水剂的性能比较
萘系高效减水剂与聚羧酸系减水剂的性能比较一、混凝土减水剂概述及作用机理减水剂是一种重要的混凝土外加剂，能够最大限度地降低混凝土水灰比，提高混凝土的强度和耐久性。
减水剂分为一般减水剂和高效减水剂，减水率大于5%小于10%的减水剂称为一般减水剂，如松香酸钠、木质素磺酸钠和硬脂酸皂等；减水率大于10%的减水剂称为高效减水剂，如三聚氰胺系、萘系、氨基磺酸系、改性木质素磺酸系和聚羧酸系等。
在众多高效减水剂中，具有梳形分子结构的聚羧酸系高效减水剂因其减水率高、坍落度维持性能良好、掺量低、不引发明显缓凝等优良性能，成为最近几年来国内外研究和开发的重点。
减水作用是表面活性剂对水泥水化进程所起的一种重要作用。
减水剂是在不阻碍混凝土工作性的条件下，能使单位用水量减少；或在不改变单位用水量的条件下，可改善混凝土的工作性；或同时具有以上两种成效，又不显著改变含气量的外加剂。
目前，所利用的混凝土减水剂都是表面活性剂，属于阴离子表面活性剂。
水泥与水搅拌后，产生水化反映，显现一些絮凝状结构，它包裹着很多拌和水，从而降低了新拌混凝土的和易性（又称工作性，主若是指新鲜混凝土在施工中，即在搅拌、运输、浇灌等进程中能维持均匀、密实而不发生分层离析现象的性能）。
施工中为了维持所需的和易性，就必需相应增加拌和水量，由于水量的增加会使水泥石结构中形成过量的孔隙，从而严峻阻碍硬化混凝土的物理力学性能，假设能将这些包裹的水分释放出来，混凝土的用水量就可大大减少。
在制备混凝土的进程中，掺入适量减水剂，就能够专门好地起到如此的作用。
混凝土中掺入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，而亲水基团指向水溶液，组成单分子或多分子层吸附膜。
由于表面活性剂的定向吸附，使水泥胶粒表面带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥－水体系处于相对稳固的悬浮状态，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而将絮凝结构内的水释放出来，达到减水的目的。
聚羧酸减水剂
1.张小芳：MPEGMA 大单体的合成及聚羧酸减水剂的制备[8] 合成原料：甲氧基聚乙二醇单甲醚（MPEG-1200 和 MPEG-2000）、甲基丙烯 酸甲酯（MMA）、NaOH、对苯二酚、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）。 合成步骤：在通入氮气的条件下，以 MPEG-1200/MPEG-2000 和 MMA 为原 料进行酯交换反应，合成制备聚羧酸减水剂的大单体甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸 酯（MPEGMA），其中，以 NaOH 为催化剂，对苯二酚为阻聚剂。将大单体 MPEGMA 与甲基丙烯酸、AMPS 进行共聚反制得聚羧酸减水剂 PC-2。 研究结果：与 PC-1 相比，PC-2 侧链中带有不同长度的链段而具有更好的保 塑性，PC-2 主链中引入了-COOH 和-SO3H 基团单体而具有更好的分散性。 2.张海波：用三乙胺催化合成聚羧酸减水剂研究[1] 设计思路：PCE 合成方法可分为可聚合单体直接共聚法，聚合后功能化法原 位聚合与接枝等，几种各种合成方法中都存在着酸醇酯化的过程，目前使用较多 的是酸性催化剂，而酸性酯化反应催化剂对金属合成设备的腐蚀性较强，采用碱 性催化剂则可以有效降低对合成设备的要求。 合成原料：水解聚马来酸酐（HPMA）、聚乙二醇单甲醚（MPEG）、浓硫酸、 对甲苯磺酸、三乙胺、NaOH。 合成步骤：以催化剂催化 HPMA 与 MPEG 的酯化反应，将 MPEG 接枝在 HPMA 上形成梳状结构的聚羧酸减水剂（如图 1 所示为减水剂分子示意图），此酯化反 应在浓硫酸催化作用下效果最佳，在对甲苯磺酸和三乙胺作用下效果相似，在 NaOH 作用下效果最差。
聚羧酸减水剂
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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%。
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]。
优劣特点
优劣特点
在很多混凝土工程中，萘系等传统高效混凝土由于技术性能的局限性，越来越不能满足工程需要。在国内外 备受的新一代减水剂，聚羧酸系高性能减水剂，由于真正做到了依据分散水泥作用机理设计有效的分子结构，具 有超分散型，能防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝，低掺量下发挥较高的塑化效果，流动性保持性好、水 泥适应广分子构造上自由度大、合成技术多、高性能化的余地很大，对混凝土增强效果显著，能降低混凝土收缩， 有害物质含量极低等技术性能特点，赋予了混凝土出色的施工和易性、良好的强度发展、优良的耐久性、聚羧酸 系高性能减水剂具有良好的综合技术性能优势及环保特点，符合现代化混凝土工程的需要。因此，聚羧酸系高性 能减水剂正逐渐成为配制高性能混凝土的首选外加剂。据报道，日本聚羧酸外加剂使用量已占所有高性能外加剂 产品总量的80%以上，北美和欧洲也占了50%以上。在我国，聚羧酸系减水剂已成功应用仅在三峡大坝、苏通大桥、 田湾核电站、京沪高铁等国家大型水利、桥梁、核电、铁路工程，并取得了显著的成果。
聚羧酸高性能减水剂新标准和相关知识
剂
木质 素
磺酸 盐
引气 剂
膨胀 剂
速凝 剂
葡萄糖 酸 盐
产 197.4 量2
4.6 3
1.64
9.94
11.56
0.41 3
41.43
17.51
0.34
100
35.4 1
4.5
注：1.表中高性能减水剂按照20%液体计算，其余外加剂均已折成固体。2.不包括各类复合外加剂
250
各种减水剂产量
200
产量（万吨）
150
产量 100
50
0
萘系
蒽系 洗油氨系基磺酸盐 脂肪族 密高胺性系能减木水质剂素磺酸盐 引气剂 膨胀剂 速凝葡剂萄糖酸盐
我国聚羧酸系减水剂年用量的统计
年用量（万t/a)
45
41.3
40
35
30
25
20 15
15
10
5
5 0.2 0.3 0.4 1.5
2
0
2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 2007年
1170
152
20.0 19.5
2.2 52.4 70.3 77.6 80.7 7.5 45.9 60.0 65.7 70.2
PCA+引气剂
21.5 7.8 50.3 64.5 72.9 75.6
电通量/C
1800 1500 1200
900 600 300
0
1453
660 416
FDN
1333 560 380
28d样品的孔径分布图
浆体
最可几孔径
纯水泥（Ref）
58nm
掺萘系减水剂（FDN） 40nm
聚羧酸系高效减水剂
聚羧酸系高效减水剂合成及其应用摘要：本文介绍了聚羧酸系高效减水剂在国内外的研究现状，总结了聚酯、聚醚、醚酷共聚等几种类型的聚羧酸系减水剂的主要合成方法，综述了聚羧酸系高效减水剂的应用，从而提高人们对聚羧酸系高效减水剂的认识。
关键词：聚羧酸系高效减水剂合成应用1引言聚羧酸系高效减水剂，与其他高效减水剂相比，除了掺量小，对水泥颗粒的分散作用强，减水率高等优点外，该类减水剂最大的一个优点是保塑性强，能有效地控制混凝土拌和物的坍落度经时损失，而对混凝土硬化时间影响不大。
聚羧酸系减水剂对混凝土具有良好的增强作用，能够有效地提高混凝土的抗渗性、抗冻性与耐久性。
成为近年来国内外研究和开发的重点。
2 研究现状2.1 国外研究现状在国外，聚羧酸类减水剂的研究已有相当长的历史，其应用技术已经成熟。
日本是研究和使用聚羧酸类减水剂最多也是最成功的国家，1995 年以后聚羧酸系减水剂在日本的使用量就超过了传统的萘系减水剂，1998 年底聚羧酸系减水剂产品已占所有高性能AE减水剂产品总数的60％以上，其主要生产厂商有花王、竹本油脂、日本制纸、藤泽药品等[1]，到2001年聚羧酸系减水剂用量在减水剂产品总量中已占到80% 以上,近年来其用量更是占到高性能减水剂的90%[2]。
欧美国家1997 年的CANMET/ACI 第五届国际混凝土外加剂会议上欧美地区的学者发表了10 余篇有关聚羧酸高效能减水剂的论文[3]。
Flatt等[4]研究了水泥水化历程对聚羧酸系减水剂使用效果的影响, 将所添加的减水剂分为3个局部:被夹带包裹无分散效果的局部、被吸附起分散作用的局部及游离于溶液中的局部。
Plank等[5]研究了聚羧酸系减水剂与缓凝剂之间的竞争吸附,总结出具有相似化学构造的添加剂的吸附规那么,这对聚羧酸系减水剂与其他添加剂的相容性及添加剂的选择有一定指导意义。
Flatt等[6]通过原子力显微镜检测硅酸钙水合物外表上梳型共聚物特有的位阻效应,定量给出了外表覆盖率、位阻层厚度等相关性质与梳型共聚物分子构造的关系。
聚羧酸盐高效减水剂的现状与发展趋势
铁路新线建设、复线改造、旧线改造等聚
羧酸盐等外加剂用量将达到20万吨。 目前约有40多家企业掌握了聚羧酸盐高性 能混凝土外加剂的生产技术。产能较大， 但处于以销定产状态。
聚羧酸盐高效减水剂的生产
方法一：从化工企业购买已经加工好（酯
化好）的大单体，用丙烯酸或甲基丙烯酸 等来进行聚合。工艺简单，生产周期短。 方法二：从化工企业购买未加工的大单体 （PEO或MPEG），先酯化，再聚合。生 产周期较长。 酯化工艺较为复杂，有些企业可能难以保 证酯化质量和稳定性。
在中国的国外企业
2006年水泥产量12.35亿吨，庞大的建筑市
场吸引国外的外加剂企业。 德国巴斯夫（BASF）公司、美国格雷斯 （GRACR）公司、意大利马贝（MAPEL） 公司、日本触媒公司、韩国LG公司、加拿 大弗克（FuClear）公司、瑞士的西卡 （SIKA）公司都在中国市场销售包括聚羧 酸在内的高性能外加剂。
以上。有时会影响强度和施工质量，特别在 大流动度混凝土工程施工时，更要注意含气 量的测量。
工程应用注意事项
(3)与其它外加剂相容性
聚羧酸系高性能减水剂一般不能与萘系
复合使用。操作上应特别注意使用干净容器，
内无其他杂质，不然会影响减水率和坍落度 保留性能。在与其它外加剂复合使用时，也 应注意与其它外加剂相容性。
大量甲醛、萘、苯酚等有害 物质，成品中也含有一定量
的有害物质
三、聚羧酸盐高性能减水剂 工程应用及注意事项
工程应用 过去认为只适合高强混凝土、自密实混凝 土、清水混凝土、混凝土预制构件等特种混凝 土。 随着对其技术经济性研究及生产工艺的优 化，重要原料的国产化，生产成本有所减低。 目前开始应用于普通强度等级的混凝土。
聚羧酸系高性能减水剂
聚羧酸系高性能减水剂一、简介water-reducing admixture是指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂。
根据其减水及增强能力，分为普通减水剂（又称塑化剂）及高效减水剂（又称超塑化剂），并又分别分为一等品、合格品。
按组成材料分为：（1）水质素磺酸盐类；（2）多环芳香族盐类；（3）水溶性树脂磺酸盐类。
普通减水剂宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土。
高效减水剂宜用于日最低气温0℃以上施工的混凝土，并适用于制备大流动性混凝土、高强混凝土以及蒸养混凝土。
目前市场上常用的几种减水剂为：萘系高效减水剂，脂肪族高效减水剂，氨基超速高性能减水剂，减水激发剂，葡萄糖酸钠，木质素磺酸钠，木质素磺酸该，膨胀剂等。
聚羧酸系高性能减水剂聚羧酸系高性能减水剂是目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种混凝土超塑化剂(减水剂)。
聚羧酸系高性能减水剂是羧酸类接枝多元共聚物与其它有效助剂的复配产品。
经与国内外同类产品性能比较表明，聚羧酸系高性能减水剂在技术性能指标、性价比方面都达到了当今国际先进水平。
一、性能特点1、掺量低、减水率高，减水率可高达45%；2、坍落度轻时损失小，预拌混凝土坍落度损失率1h小于5%，2h小于10%；3、增强效果显著，砼3d抗压强度提高50～110％，28d抗压强度提高40～80％，90d抗压强度提高30～60％；4、混凝土和易性优良，无离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。
用于配制高标号混凝土时，混凝土粘聚性好且易于搅拌；5、含气量适中，对混凝土弹性模量无不利影响，抗冻耐久性好；6、能降低水泥早期水化热，有利于大体积混凝土和夏季施工；7、适应性优良，水泥、掺合料相容性好，温度适应性好，与不同品种水泥和掺合料具有很好的相容性，解决了采用其它类减水剂与胶凝材料相容性差的问题；8、低收缩，可明显降低混凝土收缩，抗冻融能力和抗碳化能力明显优于普通混凝土；显著提高混凝土体积稳定性和长期耐久性；9、碱含量极低，碱含量≤0.2%，可有效地防止碱骨料反应的发生10、产品稳定性好，长期储存无分层、沉淀现象发生，低温时无结晶析出；11、产品绿色环保，不含甲醛，为环境友好型产品；12、经济效益好，工程综合造价低于使用其它类型产品，同强度条件下可节省水泥15-25%。
聚羧酸高效减水剂使用说明书
PCA型聚羧酸系高性能减水剂WS-PC型聚羧酸系高性能减水剂是我公司2005年最新研发的高性能减水剂，不含有害物质甲醛和氯离子，是目前国内最受欢迎的环保型混凝土外加剂。
该产品性能稳定，长期贮存不分层，无沉淀，冬季无结晶；特别适用于配制高耐久、高流态、高强度泵送混凝土以及对外观质量要求高的清水混凝土工程。
本产品符合GB8076-2008及铁建设【2009】152标准。
技术性能（一）匀质性指标1、外观：微红色或淡黄色半透明液体2、含固量：20%3、碱含量:≤10%4、氯离子含量≤0.6%，对钢筋无锈蚀作用。
5、水泥净浆流动度（基准水泥，W/C=0.29）：≥240mm（二）混凝土性能指标1、掺量低、减水率高。
掺量通常为胶凝材料用量的0.5%～1.2%,减水率可达25%以上，配置C50商品混凝土时推荐掺量1.0%。
2、与水泥、掺合料及其它外加剂的相溶性好，混凝土2～3小时坍落度基本不损失，且几乎不受温度变化的影响。
3、混凝土粘聚性好，不离析，不泌水，便于泵送施工。
4、混凝土表面无泌水线，无大气泡，色差小，混凝土外观质量好。
5、应用范围非常广泛，可适用于配制不同性能要求的混凝土，特别适用于C20～C100高性能砼。
6、能够有效控制混凝土中水泥的早期水化，适合配制大体积混凝土，特别适合配制大掺量粉煤灰及矿渣混凝土。
在常温条件下，混凝土的凝结时间与减水剂的分子结构及水泥的矿物性能有关，对初凝、终凝的影响范围：-30～+60分钟。
7、具有一定的减缩作用，28天收缩率较萘系类高效减水剂降低20%以上，与空白标准混凝土相比，混凝土的收缩率比低于100%。
8、与空白混凝土相比，3天抗压强度提高50%～100%，28天抗压强度提高40%～80%，90天抗压强度提高30%～50%。
9、具有微引气作用，掺该减水剂的混凝土含气量一般在2.0%～3.0%的范围内，抗冻融能力和抗碳化能力较普通混凝土显著提高，适用于配制高耐久、对外观质量要求高的混凝土工程。
聚羧酸系高性能减水剂的生产工艺流程
聚羧酸系高性能减水剂的生产工艺流程聚羧酸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，提高混凝土的工作性和强度，并减少混凝土的碳足迹。
以下是聚羧酸系高性能减水剂的一般生产流程：1. 原料准备：主要原料包括各种单体（如丙烯酸、甲基丙烯酸酯）、交联剂、引发剂和缓冲溶液等。
这些原料需要精确计量，以确保最终产品的性能。
2. 预聚合：在特定的溶剂和条件下，通过引发自由基反应，将各种单体和交联剂进行聚合反应，形成预聚物。
这一步通常在封闭和严格控制的反应器中进行，以确保安全和反应效率。
3. 中和反应：预聚物通常是酸性的，需要通过添加碱（如氢氧化钠或碳酸钠）进行中和反应，使之部分或全部转变为水溶性的盐。
中和反应也有助于调节产品的pH值和稳定性。
4. 后聚合：预聚物溶液在加热和搅拌条件下继续聚合，以形成高分子量的聚羧酸聚合物。
这一步需要精确控制反应时间、温度和pH值，以确保获得所需的分子量分布和产品性能。
5. 稀释和调整：根据所需的产品规格和浓度，可能需要向聚合物溶液中添加水或其他溶剂进行稀释。
同时，可以添加各种添加剂（如防腐剂、稳定剂等）来优化产品的性能和储存稳定性。
6. 过滤和脱泡：为了去除可能的不溶性杂质和气泡，产品需要经过过滤和脱泡处理。
这一步可以帮助提高产品的外观质量和使用性能。
7. 质量控制：完成的聚羧酸减水剂需要经过一系列的质量检测，包括固含量、粘度、pH值、流动性等。
只有符合规定标准的产品才能进入下一个环节。
8. 包装和储存：合格的产品被装入塑料桶、柔性袋或其他适当的容器中，以便运输和使用。
产品需要存放在阴凉、干燥的地方，避免阳光直射和冻结。
这个生产过程需要高度的精确性和技术知识，以确保产品的一致性和高效性。
同时，安全操作、废物处理和环境保护也是生产过程中至关重要的考虑因素。
聚羧酸系高效减水剂
合成工艺优化
改进合成工艺，降低生产 成本，提高生产效率，实 现大规模生产。
作用机理研究
深入研究聚羧酸系高效减 水剂的作用机理，为新产 品研发提供理论支持。
市场前景与竞争格局
市场需求持续增长
随着基础设施建设的不断 推进，聚羧酸系高效减水 剂的市场需求将持续增长 。
产品质ห้องสมุดไป่ตู้竞争
各厂家在产品质量上展开 竞争，通过提高产品质量 和性能来获取更大的市场 份额。
合成工艺流程
2. 将混合液加热至 一定温度，加入链 转移剂；
4. 反应结束后，将 产物冷却至室温， 调节pH值至中性；
1. 将单体、催化剂 、引发剂等原料混 合均匀；
3. 继续加热并保持 一定时间，使聚合 反应进行；
5. 经过滤、干燥等 步骤，得到聚羧酸 系高效减水剂成品 。
合成影响因素与控制方法
聚羧酸系高效减水剂
汇报人： 2023-11-17
目录
• 聚羧酸系高效减水剂概述 • 聚羧酸系高效减水剂的合成与制备 • 聚羧酸系高效减水剂的性能与测试方法 • 聚羧酸系高效减水剂的应用领域与效果 • 聚羧酸系高效减水剂的发展趋势与挑战 • 聚羧酸系高效减水剂的案例分析与应用实
践
01
聚羧酸系高效减水剂概述
催化剂和引发剂用量
催化剂和引发剂用量不当可能导致聚合反应进行不均匀， 影响产物质量。控制方法为选择合适的催化剂和引发剂用 量。
03
聚羧酸系高效减水剂的性 能与测试方法
物理性能测试
颗粒度
聚羧酸系高效减水剂的颗粒度应 符合规范要求，以确保其在使用 过程中具有良好的分散性和流动
性。
密度
聚羧酸系高效减水剂的密度应稳 定，且与混凝土的配合比设计相 匹配，以确保混凝土的抗压强度
聚羧酸高性能减水剂
聚羧酸高性能减水剂随着现代混凝土技术向高强、绿色高性能方向发展，和人类社会向和谐、可持续的进步，对混凝土外加剂尤其是高效减水剂提出了更高、更全面的要求。
以往传统的减水剂，如第一代的木质素系和第二代的萘磺酸盐系、磺化三聚氰胺系、氨基磺酸盐系等减水剂，由于掺量大、减水率不高（10-20%左右）、增强效果不甚显著、混凝土坍落度损失大，尤其是在生产过程中要采用工业萘、浓硫酸、甲醛等有毒有害化学物质，难免会对环境造成污染，存在不利于可持续发展等缺点，从而部分地限制了进一步的推广应用。
聚羧酸系高性能减水剂是目前世界上科技最前沿的一种高效减水剂，是减水剂发展史上的第三次重大突破，它主要通过不饱和单体在引发剂作用下发生接枝共聚，将带有活性基团的侧链接枝到聚合物的主链上，具有以下独特的优点：低掺量、高减水率、和水泥的适应性好、混凝土坍落度损失小，而且生产过程中无任何有害物质加入和排放，对环境无任何影响，是一种安全的绿色环保型高性能减水剂。
我公司运用分子结构设计原理，以DLVO电荷排斥理论和空间位阻效应理论为基础，采用单体合成、接技、共聚等方法，研制成PCA系KJ-JS聚羧酸高性能减水剂。
一. 主要技术性能1、KJ-JS外观为浅棕色液体密度为1.06±0.02g/cm3，属表面活性剂，产品无毒、不燃、无腐蚀。
2、掺量小、减水率高。
在混凝土中掺入水泥或胶结材重量0.5%～2.0%（0.1%～0.4%折固）的KJ-JS（仅为萘系掺量的1/3～1/5），减水率可达24%～38%。
3、早强增强效果好。
掺入适量的KJ-JS，混凝土早期强度可提高40%~100%，后期强度可提高30%以上，从而可大幅度降低水泥用量，或大大提高矿物掺合料的掺量，降低工程成本。
4、混凝土坍落度经时损失小。
由于KJ-JS能在水泥颗粒表面形成立体保护层，产生空间位阻效应，因此使混凝土的坍落度损失减小，与大多数水泥的适应性较好。
5、KJ-JS与国外同类先进产品比较，含气量合适（2%～5%），可调且气泡结构好，从而有利于改善混凝土拌合物的和易性、减小泌水，提高硬化混凝土的外观质量和耐久性能，尤其适用于清水混凝土工程中使用。
聚羧酸高性能减水剂 标准
聚羧酸高性能减水剂标准聚羧酸高性能减水剂是一种应用广泛的混凝土外加剂，它能够显著降低混凝土的水灰比，提高混凝土的流动性和可泵性，同时还能够显著提高混凝土的强度和耐久性。
本文将详细介绍聚羧酸高性能减水剂的标准，包括其技术要求、试验方法、质量控制等内容。
一、技术要求。
1. 外观，聚羧酸高性能减水剂应为无色或淡黄色液体，无机悬浮物和机械杂质。
2. 固体含量，固体含量应符合生产厂家的技术要求，一般在40%~50%之间。
3. PH值，PH值应在6~8之间。
4. 液体密度，液体密度应在1.10~1.20g/cm³之间。
5. 其他技术指标，应符合国家相关标准和生产厂家的技术要求。
二、试验方法。
1. 固体含量的测定，取一定质量的样品，干燥至恒定质量，用天平称重，计算固体含量。
2. PH值的测定，用PH计测定样品的PH值。
3. 液体密度的测定，用密度计测定样品的液体密度。
4. 其他试验方法，应按照国家相关标准和生产厂家的技术要求进行。
三、质量控制。
1. 原材料的选择，应选择优质的聚羧酸单体和缩合剂作为原材料，严格控制原材料的质量。
2. 生产工艺的控制，应采用先进的生产工艺，严格控制反应条件和生产过程，确保产品质量稳定。
3. 产品质量的监控，应建立健全的质量控制体系，对产品的外观、固体含量、PH值、液体密度等指标进行全面监控。
4. 产品质量的评定，对生产的产品应进行全面评定，确保产品符合标准要求。
总结，聚羧酸高性能减水剂是一种非常重要的混凝土外加剂，其质量直接影响到混凝土的性能和施工质量。
因此，对聚羧酸高性能减水剂的标准要求、试验方法和质量控制都应严格执行，确保产品质量稳定可靠，为工程施工提供优质的混凝土材料。
聚羧酸系高性能减水剂试验检测报告
聚羧酸系高性能减水剂试验检测报告聚羧酸系高性能减水剂是一种常用于混凝土中的添加剂，可以显著降低混凝土的水泥用量，提高混凝土的流动性和可泵性，并且不影响混凝土的强度和耐久性。
为了评估聚羧酸系高性能减水剂的性能，我们进行了以下试验检测。
一、物料与试剂准备：1.聚羧酸系高性能减水剂：按照厂家提供的规定比例配制。
2.水泥：采用标准硅酸盐水泥。
3.砂：细度模数为2.6的天然河砂。
4. 砾石：粒径范围为5mm~20mm的骨料。
5.进料过筛机：用于筛分试验用的砂和砾石。
二、混凝土配制与试件制备：1.混凝土配比：按照设计配比确定水泥、砂、砾石和减水剂的用量比例。
2.混凝土搅拌：将水泥、砂和砾石按照设计配比放入搅拌机中，开始搅拌，搅拌30s后加入减水剂，再搅拌30s。
3.试件制备：将搅拌好的混凝土倒入模具中，并利用振动台进行振动，均匀分布混凝土，并排除气泡。
4.养护：试件制备完毕后，放置在湿润环境中养护。
三、试验方法：1.初凝时间测定：使用初凝仪进行测定，记录凝结开始时间和结束时间，计算初凝时间。
2.流动度测定：采用洛阳漏斗进行测定，记录漏斗流出的时间，计算流动度指数。
3.压实度测定：使用压实度仪进行测定，记录试件的长度和压实度。
4.压缩强度测定：采用取样试件挤压仪进行测定，记录试件在规定时间内的抗压强度。
四、试验结果与分析：根据上述试验方法进行实验后，得到了以下结果和分析：1.初凝时间：初凝时间与减水剂的用量有关。
随着减水剂用量的增加，初凝时间逐渐延长。
初凝时间的变化范围在规定的时间范围内，满足混凝土的施工要求。
2.流动度：减水剂的添加可以显著提高混凝土的流动性。
试验结果显示，减水剂的使用可以使混凝土的流动度指数达到规定标准以上，满足施工要求。
3.压实度：减水剂的使用对混凝土的压实度影响不大。
试验结果显示，试件的压实度在规定的范围内，符合混凝土的设计要求。
4.压缩强度：减水剂的使用对混凝土的抗压强度没有明显的影响。
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聚羧酸系高效减水剂一一现代混凝土设计和施工的神兵利器国内外的工程实践证明，混凝土外加剂的应用是混凝土发展史上继钢筋混凝土和预应力混凝土后的第三次重大飞跃。
用它可以方便的改变混凝土的质量和性能，提高施工速度和质量，改善工艺和劳动条件，节省水泥和能源。
具有投资少，见效快，推广应用简单，经济效益和社会效益显著的特点。
外加剂在混凝土材料中占据了举足轻重的地位，已成为现代混凝土不可或缺的组成部分，是混凝土改性的主要技术途径"在近七十多年混凝土外加剂发展过程中，减水剂作为混凝土外加剂中一个重要的品种广泛应用于混凝土中，是目前国际公认的能显著改善新拌混凝土的工作性和匀质性，大大提高混凝土性能的最有效材料，是大幅度提高混凝土综合耐久性的外加剂。
它对改善混凝土的性能赋予了诸多的非同寻常的特殊功效。
混凝土外加剂起源于20世纪30年代，为了提高混凝土路面质量，美国开始使用引气剂，并于20世纪40年代，首先制定了引气混凝土的施工规范，与此同时美国材料试验学会(ASTM)也制订了相关标准。
美国北部地区和加拿大所有露天使用的混凝土规定要掺用引气剂，已改善混凝土的耐久性，开创了人类使用混凝土外加剂的先河。
随后出现了第一代减水剂—木质素磺酸盐减水剂；1962年，德国的SKW Trostberg和日本的Kao Soap各自同时独立地发明了甲醛缩聚物，分别是以三聚氰胺为原料聚磺化三聚氰胺高效减水剂和以焦化厂副产品工业奈为原料的奈磺酸盐缩甲醛高效减水剂，其对水泥以及石膏浆体具有强力的分散性能。
这两个产品构成了第二代高效减水剂，并延用至今，成为今天混凝土减水剂主要构成，近代来又陆续出现了氨基磺酸盐高效减水剂、脂肪族高效减水剂、聚梭酸系高效减水剂。
聚羧酸系高效减水剂是最近出现的一种全新型的高性能减水剂，该高效减水剂主要通过不饱和单体在引气剂作用下发生共聚，将带有活性基因的侧链接枝到聚合物的主链上，因此具有一系列独特的优点：低掺量、高减水率，强分散性，与不同的水泥具有相对较好的适应性，低坍落度损失，更好地解决混凝土的引气、缓凝、泌水等问题，混凝土后期强度较高等。
掺加量一般只是奈系减水剂的1/5—1/10，减水率却可达到30%以上。
由于掺量大幅度降低，一者带入混凝土的有害成分幅度减少，二者单方混凝土中由高效减水剂引入的成本增加完全可达到与奈系或与其他高效减水剂相当，因而该类产品完全具备取代奈系高效减水剂的技术与经济条件。
此类减水剂特别适合用于高性能混凝土，是21世纪国内外推广应用的主要外加剂。
现代混凝土设计和施工要求混凝土具备高强度、高耐久性、高工作性。
在现化混凝土的设计上，英国DunStan的工作可以称得上是一个典范。
针对粉煤灰在混凝土中的作用特点，他提出："粉煤灰应该看作为混凝土的第四组分，即除了水泥、水与骨料外的一个独立成分，而不是作为水泥的替代品"。
"将粉煤灰看作一种替代水泥的成分，往往得不到最为经济的混凝土配比。
因为这样设计的配合比，是在一个己经确定的拌合长期的—不掺粉煤灰的混凝土—的基础上开始进行的，设计混凝土配比时，考虑的是水泥和骨科的性质，而不用考虑到要用粉煤灰"。
"因此，他根据水泥和粉煤灰独立的作用，在原有的二维关系图上（水灰比一强度)增加了粉煤灰/胶结料参数，建立起一个三维作用，并在六百七十多个掺有不同比例粉煤灰的混凝土拌合物数据，在其中多数粉煤灰比硅酸盐水泥用量大的基础上，建立了设计高掺量粉煤灰混凝土的程序。
DunStan的混凝土设计理念在1982年伦敦Gatwick机场上的扩建中得到了充分的体现，该工程以纯水泥混凝土和高掺量粉煤灰混凝土分别修筑了两条相邻的停机坪道面进行对比，所采用的配合比设计和拌合物工作度检测结果见表1与表2。
从中不难看出两种混凝土设计的骨科用量、胶凝材料用量、用水量以及工作度检测(用压实因数)数据之间，不存在任何人们熟悉的对等关系。
表1配合比设计从该机场经过4年运行后拍下的两条对比道面的照片上不难看出，混凝土中掺有46%粉煤灰道面的表面抗滑构造，显然比纯水泥混凝土耐磨耗性能更为优异。
表2 拌合物工作度检测结果压实因数另一个引人注目的粉煤灰混凝土设计案例，是1985年以来加拿大矿产与能源技术中心(CANMET)对大掺量粉煤灰混凝土进行的深入而广泛的研究。
他们没有以不掺粉煤灰的混凝土为对照，而是以水泥的15Okg/m3、粉煤灰2OOkg/m3为胶凝材料，调节高效减水剂掺量和砂石用量，将水胶比降低到0.3左右，使拌合物的工作度稳定在2OOmm左右、含气量为5%~6%，所配制的混凝土抗压强度28d为30~4OMPa；90d为40~5OMPa；l年为50~6OMPa。
大掺量粉煤灰混凝土的试验成功，使其在加拿大哈利法克斯的帕克林购物中心施工中被用于浇注巨大的柱子(总共使用了700m3大掺量粉煤灰混凝土);在该市海边建筑物群施工中也得到应用，包括两幢商业大厦的公共建筑(32根直径1.2m和30根直径1.lm的框架柱沉箱，平均长度2lm),采用大掺量粉煤灰混凝土的首要原因，是其抗渗性能优异。
在渥太华附近的大卫伏劳瑞达实验室，工程师们以上述大掺量粉煤灰混凝土配合比浇注了一个重360t的混凝土平台。
为降低水化热，以粉煤灰、Ⅱ型(低热)水泥、水、粗细骨科、引气剂和高效减水剂混合配制。
平台的尺寸为7mX8m，厚度平均为2.25m，安放在多具充气圆柱体上，使其震动时与地面分离。
由于粉煤灰混凝土特殊的品质，发射火箭产生的冲击不会引起平台共振。
在该平台上成功发射爱那克依火箭的事实雄辩地证明:高掺量粉煤灰混凝土是真正太空时代的建筑材料。
事实上，由于聚竣酸系高效减水剂的应用，以及粉煤灰的密度仅约水泥2/3的特点，使大掺量粉煤灰混凝土的水胶比可以大幅度降低，从而使掺用粉煤灰的效果大为改善，性能可以大幅度地提高。
水胶比降低为什么影响这么大呢？在高水胶比(例如0.65)的水泥浆体里，水泥颗粒被水分隔开(水所占体积约为水泥的两倍)，水化环境良好，可以迅速地生成表面积增大1000倍的水化物，有良好地填充浆体内空隙的能力。
粉煤灰虽然从颗粒形状来说，易于堆积密实，但是它水化缓慢，生成的凝胶量少，难以填充颗粒周围的空隙，所以掺粉煤灰水泥浆体的强度和其他性能总是其随其掺量增大(水泥用量减少)呈下降趋势(在早龄期尤为显著）。
在低水胶比(例如0.3左右)的水泥浆体里情况大不一样了。
不掺粉煤灰时，高活性的水泥因水化环境较差，即缺水而不能充分水化，所以随水灰比下降，未水化水泥增大，生成产物量下降，但由于颗料间的距离减小，要填充的空隙同时减小，因此混凝土中强度发展迅速。
这种情况下用粉煤类代替部分水泥，在低水胶比条件下，水泥的水化条件相对改善，因为粉煤类水化缓慢。
使混凝土的"水灰比"增大，水泥的水化程度因而提高，这种作用机理随着粉煤灰的掺量增大愈加明显(掺量为50%左右，初期水灰皆有则接近0.6)。
水泥水化程度的改善，则有利于粉煤类作用的发挥，然而与此同时，需要粉煤类水化产物填充的空隙已经大大减小，所以其水化能力差的弱点在低水胶比条件下被掩盖，而它降低温升等其他优点则依然起着有利于混凝土性能提高的作用。
以上所述低水胶比下粉煤灰作用的变化，我们可以用一个"动态堆积"的概念来认识，这是相对沿用的静态堆积而言的。
通常在选择混凝土原材料和配合比时，是以各种原材料在加水之前的堆积尽量密实依据的，但是当加不搅拌后，特别是在低水胶比条件下，如何通过粉状颗粒为水化的交叉进行，使初始水胶比尽量降低，混凝土单位用水量尽量减少，配制出的混凝土在密实成型的前提下，经过水化硬化过程，形成的微结构应该是更为密实。
上述大掺量粉煤灰混凝土的案例申，混凝土的用水量仅10Okg/m3左右，要比目前配制普通混凝土少好几十公斤，就是明显的证据。
清华大学闫培渝教授曾进行过低水灰比(水胶比)掺/不掺粉煤灰净浆的结合水测定试验："掺有30%粉煤类，水胶比为0.24的净浆，要比水灰比为0.24的纯水泥浆在28d时的结合水还多，证实上述掺粉煤灰后改善了水泥在低水灰比条件下水化程度的说法。
因此低水胶比条件下大掺量粉煤灰混凝土早期的强度与空白混凝土接近，而后期仍有一定幅度的增长。
当然，粉煤灰代替水泥用量大了，由于起激发作用的氢氧化钙含量减少，使粉煤灰的水化条件劣化，所以在不同条生下存在一最佳粉煤灰掺量，并不是越大越好。
从以上实例可以看出聚羧酸高效减水剂表现出来的几大优势：1、超大的减水率，它的减水率可达其他减水剂无法达到的30%以上，如此大的减水率可以使混凝土的水胶比降至0.3以下，进而使混凝土的孔隙率大大降低，这样就可以大大改善混凝土的抗渗性能，改善混凝土的耐久性。
2、它对许多懒情的材料，有极强分散性，这样就可以在混凝土中大量使用诸如粉煤灰、高炉废渣，这样就可以大大降低混凝土的造价，并通过降低混凝土的水化热，而确保混凝土的体积稳定性。
"3、聚羧酸高效减水剂采用低毒或无毒的有机大分子作原料，通过酯化、缩合、接枝等工艺合成，成品对人体无毒，避免了在混凝土工程中残留毒性，以营造一个绿色的居住环境。
4、聚羧酸高效减水剂采用不同于其它减水剂的机理，对混凝土坍落度进行保持，这种机理可以使混凝土的经时坍落度在保持状态下，不显著改变混凝土的凝结时间，使混凝土施工变得更加方便、快捷。
中国是世界的硅酸盐水泥生产大国，水泥年产量占世界一半以上，同时中国也是粉煤灰，高炉矿渣等工业为料排放量最大的国家，因此，我们在推进混凝土材料和工程技术时，应该更加关注开发研究有效在利用工业废料，减少硅酸盐水泥熟料生产的技术；关注降低单位混凝土水泥用量，得用工业废料有效改善混凝土结构耐久性，延长基础础设施使用寿命的技术，以减小地球自然资源的负荷，能源负荷和生态负荷，和经济可持续发展的方向相一致，聚羧酸高效减水剂的研发、生产，使人类可以大量使用工业废料废渣，并通过对产品的改进和大量的试研，把大量的废料废渣变成有用的建筑材料，这样就可以大大改善我们的生存环境，使人类与大自然和谐发展。