聚羧酸系减水剂的合成原理与复配技术概述
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大单体
• 聚乙二醇 单（甲基）丙烯酸 酯
• 甲氧基聚乙二醇单（甲基）丙 烯酸酯
• 烯丙基聚乙二醇 APEG • 烯丙基聚乙二醇单甲醚
AMPEG • 甲基丁烯基聚乙二醇 TPEG • 甲基丙烯酰胺聚乙二醇
MAPEG • 甲基丙烯羟乙酯聚乙二醇
PEO侧链
+
滑移面
位阻 斥力
+
溶剂化 包 裹层
- --
-
-
+
+
紧密层
- -- -
-
+
-
+
+
水泥粒子
+
弱极性基
阴离基团
- - - 减水剂主 链
- - +
水泥粒子 表 面
+
缓释型聚羧酸系减水剂
挑战低碳混凝土技术
• 粉煤灰、矿渣也将是稀缺原料，传统的矿物掺 和料被流化床炉底灰、粘土类石粉、石灰石类 石粉所取代，矿物超细粉吸附性强；砂石原料 为机制砂石骨料或混合骨料，骨料中的含泥量、 石粉含量高。
5.聚羧酸系减水剂的性能设计
1.聚羧酸系减水剂的发展前景
• 高性能的聚羧酸系减水剂普遍受欢迎 • 聚羧酸系减水剂与高性能混凝土不可分 • 聚羧酸系减水剂的分子结构与性能多变，
理论可行性 • 生产与应用绿色环保 • 实践与理论之间桥梁
聚羧酸减水剂优越性能
• 高减水： 30%~40%，易实现C80、C100混凝土 • 高保塌：1~ 2h坍落度损失小 • 高耐久： 100年工程指定使用 • 高增强： 3d强度达30%，7d达到60% • 低掺量： 10%=40%萘系减水剂 • 低含氯： 含氯率≤0.01% • 低含碱： 含碱率≤0.1% • 低收缩： 相对于萘系，收缩率低20% • 适应C10～C100混凝土 • 无毒、无害、环保
聚羧酸系减水剂的合成原理 与复配技术
混凝土外加剂科学技术
生产合成 与原理
外加剂 组成材料
混凝土外加剂 前沿技术
混凝土外加剂 应用技术
混凝土 应用环境
复配技术
工程应用
与适应性
报告内容1—聚羧酸减水剂合成原理
1.聚羧酸系减水剂的前景 2. 聚羧酸系减水剂的生产原材料 3.聚羧酸系减水剂的分子结构与合成原理 4.聚羧酸系减水剂的分散保持作用
+ +
solution
+
+ +
+
+
+
+
cement particle adsorpting layer
dispersing layer
solution
吸附质被吸附难易程度问题
• 减水率一定，被吸附量与时间关系决定不 同性能减水剂适应性问题
水泥粒子 +
-+ --
+- -- +
-+
+ 溶液
- - 静电斥力
换言之，本质的两方面： 吸附剂吸附性强弱问题 吸附质被吸附难易程度问题
减水剂的吸附分散
木钙
－ － －
萘系
－ 三聚氰胺 系
氨 基磺酸系 － （ 多支 链型）
－
－－ －
聚羧酸系 （梳形）
传统减水剂 新型减水剂
• 静 电 斥 力
cement particle
slipping layer
stern layer
• 缓释型聚羧酸系减水剂的分子结构中含有较少 的羧酸基、磺酸基，多数为非离子型的酯基， 具有较高的抗吸附能力，通过在混凝土碱性环 境中不断反应，缓慢释放更多具有减水效果的 减水组分，补充水泥浆体中减水剂的有效含量， 可以防止减水剂残余有效浓度下降过快。
缓慢释放型聚羧酸系减水剂（SRPC）
R
R
R
R
[CH2 C] [CH C] [CH C] [CH C]
2
1
3
1,linear backbone 2,polar side chain
3,non-polar side chain
• 1，主链线性中心层 • 2，长侧链溶剂化扩散层 • 3，短侧链绒化紧密层
分子结构单元与吸附分散关系
• 主链：疏水性，长度增加，包裹紧密，防水渗 透，缓凝
• 短侧链：疏水性增加表面活性，HLB值，消泡作 用；非离子亲水性基团延缓吸附作用，通过羧 酸衍生物在水泥浆碱性环境中发生皂化反应， 重新释放羧酸基团，具有再吸附作用；阴离子 基团具有强吸附锚固作用
MAPEG
小分子单体
• 丙烯酸AA • 甲基丙烯酸MAA • 马来酸酐MAL • 丙烯酰胺AM • 甲基丙烯酸甲酯MMAA • 丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯 • 醋酸乙烯酯 • 甲基丙烯磺酸钠MAS • 丙烯磺酸钠SAS • 2－丙烯酰胺－2甲基丙磺酸AMPS
3.聚羧酸系减水剂的分子结构 与合成原理
[ CH2
R
C ] [CH
CO
ONa
EO =CH2CH2O
R =H; CH3 m <= 25
n >=25
R
R
C ] [CH C ] [CH
C O C OC O
O
ONa O
(EO)m
CH3
(EO)m
CH3
R
C]
C H2 O
(EO)n
CH3
酯类聚羧酸（polycarboxylate,PC） 醚类聚羧酸（polyether,PE）
聚羧酸系减水剂与高性能混凝土不可分
• 聚羧酸系减水剂的应用已从过去的重大工 程重点部位到现在的一般重点工程、普通 工程重点部位
• 聚羧酸系减水剂取代传统萘系减水剂的趋 势越来越明显。
2. 聚羧酸系减水剂的生产原材料
• 甲氧基聚乙二醇MPEG • 烯丙基聚乙二醇 APEG • 丁烯基聚乙二醇 BPEG • 甲基丁烯基聚乙二醇 TPEG
• 缓释组分的分子结构中含有较少的羧酸基、 磺酸基，多数为非极性的酯基，具有较高 的抗吸附能力，碱性环境下缓慢释放有减 水效果的组分补充减水剂含量，防止残余 浓度下降过快。
5.聚羧酸系减水剂的性能设计
• 工艺选择 • 强缓凝型 • 高减水型 • 早强型 • 复配技术
聚羧酸系减水剂 高性能母料
交流问题
• 何谓聚羧酸系高性能减水剂？ • 聚羧酸系减水剂高性能母料有哪几种？ • 聚羧酸系减水剂的主要原材料有哪些，减水
剂有哪些品种？ • 合成原理和主要工艺参数有哪些？
• 长侧链：为非离子型聚乙二醇长侧链，形成亲 水性外膜
引发体系
引发剂： • 过硫酸盐； • 双氧水＋抗坏血酸或甲醛合次亚硫酸钠； • 偶氮AIBN
4.聚羧酸系减水剂的分散保持作用
本质问题：混凝土外加剂与细粉的适应性 吸附剂与吸附质之间的关系问题
• 吸附剂：水泥基矿物细粉 • 吸附质：混凝土外加剂
CO
C O C OC O
C H2
ONa
O
ONa O
O
EO =CH2CH2O
R =H;CH3 m <= 25
n >=25
(EO)m
CH3
(EO)m
CH3
ຫໍສະໝຸດ Baidu(EO)n
CH3
聚羧酸系高性能减水剂
• 高效减水组分的分子结构中羧酸基、磺酸 基比例高，易于吸附，可以保证达到混凝 土初始工作性的基本用量，防止新拌混凝 土出现离析泌水问题
大单体
• 聚乙二醇 单（甲基）丙烯酸 酯
• 甲氧基聚乙二醇单（甲基）丙 烯酸酯
• 烯丙基聚乙二醇 APEG • 烯丙基聚乙二醇单甲醚
AMPEG • 甲基丁烯基聚乙二醇 TPEG • 甲基丙烯酰胺聚乙二醇
MAPEG • 甲基丙烯羟乙酯聚乙二醇
PEO侧链
+
滑移面
位阻 斥力
+
溶剂化 包 裹层
- --
-
-
+
+
紧密层
- -- -
-
+
-
+
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水泥粒子
+
弱极性基
阴离基团
- - - 减水剂主 链
- - +
水泥粒子 表 面
+
缓释型聚羧酸系减水剂
挑战低碳混凝土技术
• 粉煤灰、矿渣也将是稀缺原料，传统的矿物掺 和料被流化床炉底灰、粘土类石粉、石灰石类 石粉所取代，矿物超细粉吸附性强；砂石原料 为机制砂石骨料或混合骨料，骨料中的含泥量、 石粉含量高。
5.聚羧酸系减水剂的性能设计
1.聚羧酸系减水剂的发展前景
• 高性能的聚羧酸系减水剂普遍受欢迎 • 聚羧酸系减水剂与高性能混凝土不可分 • 聚羧酸系减水剂的分子结构与性能多变，
理论可行性 • 生产与应用绿色环保 • 实践与理论之间桥梁
聚羧酸减水剂优越性能
• 高减水： 30%~40%，易实现C80、C100混凝土 • 高保塌：1~ 2h坍落度损失小 • 高耐久： 100年工程指定使用 • 高增强： 3d强度达30%，7d达到60% • 低掺量： 10%=40%萘系减水剂 • 低含氯： 含氯率≤0.01% • 低含碱： 含碱率≤0.1% • 低收缩： 相对于萘系，收缩率低20% • 适应C10～C100混凝土 • 无毒、无害、环保
聚羧酸系减水剂的合成原理 与复配技术
混凝土外加剂科学技术
生产合成 与原理
外加剂 组成材料
混凝土外加剂 前沿技术
混凝土外加剂 应用技术
混凝土 应用环境
复配技术
工程应用
与适应性
报告内容1—聚羧酸减水剂合成原理
1.聚羧酸系减水剂的前景 2. 聚羧酸系减水剂的生产原材料 3.聚羧酸系减水剂的分子结构与合成原理 4.聚羧酸系减水剂的分散保持作用
+ +
solution
+
+ +
+
+
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+
cement particle adsorpting layer
dispersing layer
solution
吸附质被吸附难易程度问题
• 减水率一定，被吸附量与时间关系决定不 同性能减水剂适应性问题
水泥粒子 +
-+ --
+- -- +
-+
+ 溶液
- - 静电斥力
换言之，本质的两方面： 吸附剂吸附性强弱问题 吸附质被吸附难易程度问题
减水剂的吸附分散
木钙
－ － －
萘系
－ 三聚氰胺 系
氨 基磺酸系 － （ 多支 链型）
－
－－ －
聚羧酸系 （梳形）
传统减水剂 新型减水剂
• 静 电 斥 力
cement particle
slipping layer
stern layer
• 缓释型聚羧酸系减水剂的分子结构中含有较少 的羧酸基、磺酸基，多数为非离子型的酯基， 具有较高的抗吸附能力，通过在混凝土碱性环 境中不断反应，缓慢释放更多具有减水效果的 减水组分，补充水泥浆体中减水剂的有效含量， 可以防止减水剂残余有效浓度下降过快。
缓慢释放型聚羧酸系减水剂（SRPC）
R
R
R
R
[CH2 C] [CH C] [CH C] [CH C]
2
1
3
1,linear backbone 2,polar side chain
3,non-polar side chain
• 1，主链线性中心层 • 2，长侧链溶剂化扩散层 • 3，短侧链绒化紧密层
分子结构单元与吸附分散关系
• 主链：疏水性，长度增加，包裹紧密，防水渗 透，缓凝
• 短侧链：疏水性增加表面活性，HLB值，消泡作 用；非离子亲水性基团延缓吸附作用，通过羧 酸衍生物在水泥浆碱性环境中发生皂化反应， 重新释放羧酸基团，具有再吸附作用；阴离子 基团具有强吸附锚固作用
MAPEG
小分子单体
• 丙烯酸AA • 甲基丙烯酸MAA • 马来酸酐MAL • 丙烯酰胺AM • 甲基丙烯酸甲酯MMAA • 丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯 • 醋酸乙烯酯 • 甲基丙烯磺酸钠MAS • 丙烯磺酸钠SAS • 2－丙烯酰胺－2甲基丙磺酸AMPS
3.聚羧酸系减水剂的分子结构 与合成原理
[ CH2
R
C ] [CH
CO
ONa
EO =CH2CH2O
R =H; CH3 m <= 25
n >=25
R
R
C ] [CH C ] [CH
C O C OC O
O
ONa O
(EO)m
CH3
(EO)m
CH3
R
C]
C H2 O
(EO)n
CH3
酯类聚羧酸（polycarboxylate,PC） 醚类聚羧酸（polyether,PE）
聚羧酸系减水剂与高性能混凝土不可分
• 聚羧酸系减水剂的应用已从过去的重大工 程重点部位到现在的一般重点工程、普通 工程重点部位
• 聚羧酸系减水剂取代传统萘系减水剂的趋 势越来越明显。
2. 聚羧酸系减水剂的生产原材料
• 甲氧基聚乙二醇MPEG • 烯丙基聚乙二醇 APEG • 丁烯基聚乙二醇 BPEG • 甲基丁烯基聚乙二醇 TPEG
• 缓释组分的分子结构中含有较少的羧酸基、 磺酸基，多数为非极性的酯基，具有较高 的抗吸附能力，碱性环境下缓慢释放有减 水效果的组分补充减水剂含量，防止残余 浓度下降过快。
5.聚羧酸系减水剂的性能设计
• 工艺选择 • 强缓凝型 • 高减水型 • 早强型 • 复配技术
聚羧酸系减水剂 高性能母料
交流问题
• 何谓聚羧酸系高性能减水剂？ • 聚羧酸系减水剂高性能母料有哪几种？ • 聚羧酸系减水剂的主要原材料有哪些，减水
剂有哪些品种？ • 合成原理和主要工艺参数有哪些？
• 长侧链：为非离子型聚乙二醇长侧链，形成亲 水性外膜
引发体系
引发剂： • 过硫酸盐； • 双氧水＋抗坏血酸或甲醛合次亚硫酸钠； • 偶氮AIBN
4.聚羧酸系减水剂的分散保持作用
本质问题：混凝土外加剂与细粉的适应性 吸附剂与吸附质之间的关系问题
• 吸附剂：水泥基矿物细粉 • 吸附质：混凝土外加剂
CO
C O C OC O
C H2
ONa
O
ONa O
O
EO =CH2CH2O
R =H;CH3 m <= 25
n >=25
(EO)m
CH3
(EO)m
CH3
ຫໍສະໝຸດ Baidu(EO)n
CH3
聚羧酸系高性能减水剂
• 高效减水组分的分子结构中羧酸基、磺酸 基比例高，易于吸附，可以保证达到混凝 土初始工作性的基本用量，防止新拌混凝 土出现离析泌水问题