高性能混凝土減水劑研究進展

1、第45卷第1期2016年1月化工技術(shù)與開發(fā)Technology&DevelopmentofChemicalIndustryVo145No1Jan2016商陛能混凝土減水劑研究進展季建偉，唐謀金，雷江蛟(陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西省催化基礎(chǔ)與應(yīng)用重點實驗室，陜西漢中723001)摘要：概述了國內(nèi)外減水劑的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了高性能減水劑的種類與性能，提出了有關(guān)高性能減水劑的研究內(nèi)容及減水劑的綠色化、多功能化和高性能化為今后的研究方向

2、。關(guān)鍵詞：商性能減水劑；綠色化；多功能化中圖分類號：TQ52831文獻標識碼：A文章編號：16719905(2016)01—001603混凝土外加劑是現(xiàn)代混凝土不可缺少的第五組分，常用的外加劑品種主要有減水劑、緩凝劑、引氣劑、早強劑、防凍劑、膨脹劑等，而減水劑是其中最主要的組成部分。減水劑的使用可顯著降低混凝土的水灰比，改善混凝土的性能，提高混凝土的抗凍性，有利于在冬季施工[12]o它可以單獨使用，也可以和其他功能性材料復(fù)合使用，以達到

3、最佳的效果。隨著時代的發(fā)展，人們對混凝土的要求也越來越高，例如綠色化、多功能化和商l生能化f31。因此綠色、商陛能減水劑的研究、開發(fā)和應(yīng)用得到了許多國家的重視】。1國內(nèi)外減水劑的研究進展從減水劑的性能發(fā)展過程來看可以分成三個階段：1)木質(zhì)素磺酸鹽類普通減水劑的應(yīng)用與發(fā)展；2)萘磺酸鹽類甲醛縮合物(NSF)和三聚氰胺磺酸鹽類甲醛縮合物(MSF)高效減水劑的合成與應(yīng)用階段；3)以聚羧酸鹽類(Pc)為典型代表的高性能減水劑的發(fā)展階段。高性能減

4、水劑因其摻量低、減水率高、增強效果好及環(huán)境友好等特點，尤其是具有獨特的梳形分子結(jié)構(gòu)和極性較強的活性基團，可以大大改善混凝土的和易性，在工程應(yīng)用中發(fā)揮著越來越大的作用嘲。減水劑的研究和開發(fā)可追溯到2O世紀30年代，美國的EScripture研制成功以木質(zhì)素磺酸鹽為主要成分的減水劑【，減水率達到8％10％。在20世紀50年代，該類減水劑被廣泛用于大壩混凝土、滑模混凝土以及冬季施工混凝土中，雖然比傳統(tǒng)的混凝土的性能有所提高，但是在實際應(yīng)用中若

5、操作不當(dāng)，就會引起混凝土的過快凝結(jié)或者不凝結(jié)等現(xiàn)象，使其強度或其他性能降低。木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑的不足，促使科學(xué)家們?nèi)パ芯啃碌母咝p水劑。1962年，日本花王石堿公司的服部建一博士等研制成功了以b萘磺酸鹽甲醛縮合物為主要成分的高效減水劑。1964年，西德科學(xué)家研制成功了磺化三聚聚氰胺甲醛類高效減水劑，這兩類減水劑具有減水率高(15％～25％)，引起量小，混凝土強度提高幅度大，適應(yīng)性好，不緩凝，綜合改善混凝土性能的優(yōu)點，因此適用于高強或大

6、流動混凝土的配制。20世紀7O年代，高效減水劑的開發(fā)應(yīng)用技術(shù)引起了國際建筑行業(yè)的重視。美國、德國、英國、意大利等相繼研發(fā)和生產(chǎn)了聚烷基芳香烴磺酸鹽和三聚氰胺樹脂磺酸鹽系列減水劑等高效減水劑。盡管萘系、蒽系減水劑在實際應(yīng)用中取得了較好的效果，但是在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的“三廢”，對環(huán)境污染嚴重，同時產(chǎn)品中含有大量的甲醛，會對人體造成傷害。2O世紀9O年代，隨著高性能混凝土概念的提出，逐漸出現(xiàn)了減水分散效果比萘系、三聚氰胺系更好的新型高效減

7、水劑。這些新型高效減水劑的減水率可達到30％，并且摻量少、引氣量適中，坍落度損失低，與水泥的適應(yīng)性高，不緩凝，合成工藝簡單，綠色化，某些特殊性能可以通過基金項目：企業(yè)橫向課題(208021460)；陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(1949)；陜西理工學(xué)院人才啟動項目(SLGKYQD2—12)作者簡介：季建偉(1982一)，男，山東人，博士，主要研究方向為高分子材料與功能納米材料的制備。電話：13289161689，Email：jjwl

8、nu@foxmailcon收稿日期：20151106學(xué)兔兔www.xuetutu.com18化工技術(shù)與開發(fā)第45卷一種高分子聚合物。它是一類分子結(jié)構(gòu)中含有羧基接枝共聚物的陰離子型表面活性劑，由含羧酸根的單體聚合構(gòu)成其分子主鏈，含其他功能性官能團的單體接枝到主鏈形成分子側(cè)鏈，從而構(gòu)成梳形分子結(jié)構(gòu)[17]0主鏈上帶有較多的活性基團，例如羧酸基(一COOH)、磺酸基(一sOM)、羥基(一OH)、聚氧烷基(CH一O—CH)等，所以極性較強。分子

9、主鏈上的磺酸基、羧酸基等，主要起錨固、增溶、提供靜電斥力等作用，這是聚羧酸減水劑吸附分散的基礎(chǔ)；而疏水性長側(cè)鏈也帶有親水性的活性基團，以梳形柔性吸附到水泥顆粒表面，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成較大的空間位阻。等位阻斥力效應(yīng)，決定著混凝土的分散和分散保持性能，同時疏水性側(cè)鏈的長短會對合成的減水劑的引氣性等表面涪陛也有一定影響[1819]。由于其分子結(jié)構(gòu)上自由度大，其功能具有可調(diào)性，可以根據(jù)市場需求和工程性能需要，采用現(xiàn)代分子剪裁技術(shù)，設(shè)計合成理想的

10、聚羧酸減水劑。聚羧酸系減水劑的主要原料有不飽和酸(如馬來酸酐、丙烯酸和甲基丙烯酸等可聚合的羧酸)、聚鏈烯基烴、醚、醇等烯基物質(zhì)，(甲基)丙烯酸鹽、丙烯酰胺和聚苯乙烯磺酸鹽或酯等，采用聚合單體直接共聚、聚合后功能化法和原位聚合與接枝等合成工藝，來合成大分子的聚合物減水劑。作為第三代新型混凝土減水劑的代表，聚羧酸高性能減水劑因具有摻量低、減水率可高達45％、保坍性高、耐低溫持久性好以及適應(yīng)l生范圍廣、環(huán)境友好等優(yōu)勢，成為當(dāng)今混凝土減水劑的發(fā)

11、展方向。tomorrow[J】CemConcrRes，2000，20(9)：1349—1359【2]范榮香我國聚羧酸系減水劑發(fā)展前景和投資機遇【J】化學(xué)工業(yè)，2009(27)：31—33[3】何世華混凝土高性能減水劑的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]福建建材，2013(3)：1315[4】熊大玉國內(nèi)減水劑新品種的研究與發(fā)展[J]混凝土，2001(11)：1617【5]PLANKJ，YUBPreparationofHydrocalumitebased

12、NanocompositesUsingPolycarh0xylatCombPolymersPossessingHighGraftingDensityas1nterlayerSpacers[J]AppliedClayScience，2010，47(3)：378—383[6】GuanBH，YeQQ，ZhangJL，eta1Interactionbetween0【calciumsulfatehemihydrateandsuperplastic

13、izerfromthepointofadsorptioncharacteristics，hydrationandhardeningprocess[J]CemConcrRes，2010(40)：253—259【7]童代偉聚羧酸高性能減水劑的合成【D]重慶：重慶大學(xué)，2004[8]CollepardiMAdmixturesUsedtoEnhancePlacingCharacteristicsofConcrete【J]CemConcrComp

14、，1998，20(3)：103—112[9】吳中偉綠色高性能混凝土一混凝土的發(fā)展方向[J]混凝土與水泥制品，1998(2)：36【10】李崇智，師海霞，章銀祥氨基磺酸系減水劑的試驗研究『J1混凝土，1994(4)：34—38f11]徐正林氨基磺酸系高效減水劑的合成及其應(yīng)用技術(shù)研究[J]化學(xué)建材，2003(5)：4445[12】林祖宏，徐盛玉，李金風(fēng)新型氨基磺酸鹽系高效減水劑原料最佳用量探討[J]化學(xué)建材，2008，24(5)：3739[

15、13】蔣新元，邱學(xué)青改性氨基磺酸系高效減水劑配伍性能研究【JJ化學(xué)建材，205(5)：143結(jié)論與展望4’[J豪減水劑的系統(tǒng)研究新型高效性能減水劑存在很大的困難，但是對我國的重大工程建設(shè)、社會發(fā)展都有重要的價值。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和交通運輸建設(shè)等行業(yè)的飛速發(fā)展，對高性能混凝土的要求會越來越高。為此，我們不僅需要對高性能減水劑的合成、作用機理、結(jié)構(gòu)與性能等進行深人系統(tǒng)的理論研究，也需要在產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)方面進行大量的工作。隨著合成與表征

16、高效減水劑的方法與手段的不斷增多和對其結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系研究的不斷完善，高效減水劑將進一步朝著高性能、多功能化、綠色化、國際化發(fā)展，最終為人類社會帶來更大的經(jīng)濟效益。參考文獻：【1】AitcinPCCementsofyesterdayandtodayconcrete0f【15】杜皓明，周賢太新型高效混凝土減水劑的研究進展fJ1廣東化工，2008，35(11)：4750【16]何廷樹混凝土外加劑【M]西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2003【17】

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