聚羧酸系减水剂研究亟待解决的6大难题

聚羧酸系减水剂（PCE）由于掺量低、减水率高（不小于25%）、增强效果好、分子可调节性强，以及合成过程中不使用甲醛等特点，自20世纪80年代末诞生起就受到研究者和工程应用者的推崇。特别是21世纪初中国高铁和大坝工程开始推广应用PCE后，在PCE研究方面掀起了一股浪潮，久未平息。关于PCE的研究，人们聚焦于其作用机理的解释、性能的进一步提升、衍生产品的开发以及应用技术的优化，目的在于彻底解决水泥混凝土实际施工技术问题，提高混凝土综合性能（高工作性、高强度、高韧性和高耐久性），最大程度地实现节资、利废、节能和减排的目标。时至今日，虽然在PCE的研究方面取得了一定成果，但由于对PCE的认知尚浅，所解决的问题只是冰山一角，研究工作仍然十分艰辛！

为激发更多学者的研究兴趣，引导重点研究方向，促成更加有效的研究成果，在此特提出有关PCE研究的6大难题，欢迎大家批评指正。

难题1：PCE的作用机理

掺入PCE的水泥浆体流动性能会大幅提高。研究人员普遍认为，PCE吸附在水泥颗粒表面，相邻水泥颗粒表面所吸附的PCE 分子主链上的羧酸基团通过同性电荷相斥原理产生分散作用，加之，PCE分子的侧链可以提供空间位阻作用，因而PCE具有优异的分散性能。但是，PCE是如何被吸附在水泥颗粒表面的呢？是静电作用的结果还是熵增作用的驱动，目前仍然没有定论。此外，掺入PCE的水泥浆体水化诱导期的持续时间相较未掺PCE的水泥

浆体有所延长，在宏观上表现为水泥浆体凝结时间推迟。那么，PCE如何实现对水泥浆体的缓凝？为什么掺有PCE的水泥浆体在后来的水化速率反而加快？

难题2：PCE的插层作用

Plank等研究认为，PCE在某些水化产物中可能发生插层作用。那么PCE发生插层作用的机理是什么？部分学者认为，水泥浆体液相中的PCE分子可能为水化硅酸钙（C-S-H）的成核提供位点，那么这是否是发生插层作用的原因之一？此外，膨润土和蒙脱土等矿物相蒙脱石也具有层状结构，了解PCE发生插层作用的原因可否助力于抗泥型PCE的研发？

难题3：早强型PCE

学界有部分早强型PCE的研究成果，市面上也已经开始出现少量的早强型PCE产品，但是人们对早强型PCE的作用机理仍然存在疑虑。大量试验结果表明，PCE的掺入均会不同程度地延缓水泥的水化，降低水泥浆体早期的累积水化放热量，同时降低早期硬化水泥浆体中CH的生成量。关于早强型PCE的作用机理，以及该类PCE是否确实促进了水泥浆体的水化，是值得商榷的。

难题4：促凝型PCE

目前市场上常见的速凝剂品种多为硫酸铝型液体无碱速凝剂，这类速凝剂虽对混凝土后期强度影响较小，但与胶凝材料的适应性不甚理想。那么是否有希望开发出一种促凝型PCE，它在早期能促进水泥浆体中C-S-H的快速成核，而不影响硬化水泥浆体后

期强度的发展呢？硫酸铝型液体无碱速凝剂的作用机理可能是向液相中提供更多的可溶性SO2－4，从而促进水泥浆体中钙矾石（AFt）的形成。因此，是否可以通过侧链较长的羧酸单体、非离子型单体以及大单体共聚，制备出在水泥颗粒表面吸附数量极少，又能络合钙离子，进而促进C-S-H成核的促凝型PCE？

难题5：减缩型PCE

水泥混凝土浇筑后会发生一系列的收缩，如塑性干燥收缩、化学收缩、自收缩和硬化干燥收缩等，导致其产生收缩裂缝，严重影响结构的力学性能和耐久性。大量试验证明，掺入有效的减缩剂可以使混凝土的塑性干燥收缩、自收缩和硬化干燥收缩率减少40%以上，降低混凝土结构出现严重裂缝的概率。关于减缩剂的作用机理，普遍认可的是：（1）减缩剂的掺入大幅降低了混凝土内部液相的表面张力；（2）减缩剂的掺入有助于减缓混凝土内部水分的蒸发速率；（3）减缩剂的掺入改变了混凝土内部浆体的孔结构。不管减缩剂的作用机理如何，其较大的掺量（1%～3%）影响着工程界的使用积极性。由于PCE的水溶液也具有较低的表面张力，人们寄希望于减缩型PCE的成功研发与投产。然而，时至今日，尚未出现规模化的减缩型PCE产品。

难题6：PCE的适应性

虽然PCE在中国减水剂行业的市场占有率已超过80%，但仍然有些混凝土生产企业无奈地将所使用的PCE更换为萘系减水剂或脂肪族减水剂。究其原因，在于目前的PCE产品在面对不同地

域的混凝土原材料时，其适应性难以满足要求。中国幅员辽阔，PCE的推广应用者面对全国各地不同的原材料和其他外加剂时，即使利用富有经验的复配技术，有时仍然束手无策。这些难题主要涉及PCE的适应性。通过神经网络建立不同种类PCE对各种原材料和其他外加剂的影响模型，可能会对企业在PCE的研发及应用方面大有裨益。

综上所述，自20世纪80年代诞生以来，PCE虽然已经历经30余年的发展，但关于PCE作用机理的研究、PCE新品种的开发以及PCE大规模应用的研究方面仍然有诸多亟待解决的问题。

PCE的研究方兴未艾！为了PCE美好的未来，所有相关研究者应该同舟共济，自强不息，继往开来！