聚羧酸系高性能混凝土减水剂1985年在日本研发成功后，90年代中期已正式工业化生产，并已成为建筑施工中被广泛应用的一种新型商品化混凝土外加剂。该类减水剂大体分为烯烃顺丁烯二酸酐聚合物和丙烯酸甲基丙烯酸脂聚合物等。1995年后聚羧酸系减水剂在日本的使用量已大大超过了萘系减水剂，且其品种、型号及品牌已名目繁多。尤其是近年来大量高强度、高流动性混凝土的应用带动了聚羧酸系高性能减水剂的广泛应用与技术发展。目前日本生产的聚羧酸系减水剂的厂家主要有花王、竹木油脂、NMB株式会社、藤泽药品等，每年利用此类减水剂用于各类混凝土生产量约在1000万立方米左右，并有逐年递增的发展趋势。

3.4我国减水剂的发展现状

20世纪70年代初，将印染业使用的NNO扩散剂引入混凝土用作减水剂，这一突破性的进展标志着我国混凝土减水剂的应用和研究进入了更高阶段。1975年清华大学卢璋等人完成了萘系减水剂NF的合成试验和机理研究，从此萘系高效减水剂在我国诞生，这标志着我国的减水剂研究进入高效减水剂时期。尽管萘系减水剂减水率较高，但混凝土坍落度损失过快，难以满足实际工程的施工要求；而复合产品质量不稳定，往往影响到混凝土的凝结硬化和耐久性。另外，萘系产品的原料日益缺乏，价格上涨，因此需要研究性能更好的减水剂新品种，所以非萘系减水剂产品市场前景广阔。聚羧酸系混凝土减水剂以其优良的性能也必将成为中国减水剂市场的主导产品。而目前，中国正处于萘系减水剂向聚羧酸减水剂转变的过渡时期，聚羧酸系减水剂具有非常广阔的市场前景。

4萘系减水剂与聚羧酸系减水剂性能对比分析

4.1减水剂的匀质性分析

聚羧酸减水剂采用自由基水溶液聚合，氯离子含量极少，只采用少量的碱中和，碱含量极低，碱含量及氯离子含量相对比较稳定。而萘系减水剂的碱含量受磺化程度的影响，各种工艺差别较大。

众所周知，碱是诱发混凝土碱-骨料反应的主要因素之一，而由于碱-骨料反应导致混凝土工程损毁的案例在国内外屡见不鲜。如巴西的Moxoto大坝和法国的Chambon大坝，前者在工程完工三年后便出现了碱-骨料反应，后者在建成后50～60年发生了碱-骨料反应。混凝土中碱主要来源于水泥、粉煤灰、减水剂等原材料。世界上对于碱含量的控制也非常重视，南非规定混凝土碱总量不得超过2.1Kgm3，我国在三峡工程中规定混凝土碱总量不得超过2.5Kgm3，美国规定混凝土碱总量不得超过3.3Kgm3。而作为混凝土五组分之一的减水剂，碱含量特别是Na2SO4含量直接影响到混凝土的碱总量。目前我国高效减水剂中90%以上是萘系减水剂，由于萘系减水剂的生产采用浓硫酸磺化和氢氧化钠中和等工艺，有些厂家的萘系减水剂中Na2SO4的含量高达30%，大多数维持在10%左右，氯离子含量一般在0.3%以上，有的产品甚至更高。而聚羧酸系减水剂是通过水溶液聚合、非磺化的高性能减水剂，在生产中只需极少量氢氧化钠来调整其pH值，因此此类减水剂的含碱量极少，基本不含氯离子。聚羧酸系减水剂碱含量低，且不含氯离子，极大地提高了混凝土的耐久性，是配制绿色高性能混凝土的必备组分。

4.2水泥水化热－电性能分析

图1描述了萘系、聚羧酸系对水泥浆体水化热性能的影响规律。由图可知，聚羧酸系减水剂对水泥水化热历程的调控作用较强。由于吸附与空间位阻效应，聚羧酸系减水剂阻碍了水泥颗粒中离子的释放，进而延缓水化反应的进行。与萘系减水剂相比，聚羧酸盐系减水剂能使水泥浆体初期水化速度加快，诱导期延长，加速期滞后，放热范围宽化，有效降低水化放热。

聚羧酸系减水剂使水泥颗粒的最初水化减慢，推迟进入诱导期的时间，并且延长诱导期；诱导期结束后，促进结构形成。水化反应初期，由于聚羧酸系减水剂对水泥的高分散性，促使水泥粒子分散，促进了初期水化反应，其后由于其初始水化物膜的增厚及其空间位阻效应，阻碍了水泥水化及水泥粒子的凝聚，并由于聚羧酸系减水剂中缓凝组分的缓凝作用，因而溶解－溶解平衡期延长，结构形成期及稳定期电阻率变化较小，水泥浆体在较长时间内保持塑性状态。这与从热性能角度方面所表述的水化热降低、放热峰延时、放热峰变宽是一致的。

水泥水化热问题一直是困绕大体积混凝土的难题，虽然在水利工程中采用了骨料预冷、加冰、通水冷却等各种各样的国际通行温控措施来减少了温度裂缝的产生。但是这些措施是借助外部条件的降温，无法从水泥水化本身解决，仍然存在一定的弊端。比如通水冷却，冷却管的埋设是在每一仓混凝土的底部，而不是均匀布置在混凝土中，这样对于底部混凝土的水化温升能起到一定的效果，但对于中上部混凝土便无能为力；一般来讲，防止温度裂缝的主要采取的措施是控制混凝土内外温差不超过25℃，但在混凝土内部由于冷却管的作用，肯定存在温度梯度，是否会引起温度裂缝，存在不确定因素。而聚羧酸系减水剂则可以通过降低水化热，延缓放热峰，来有效降低混凝土因为水化温差而引起的开裂，极大提高大体积混凝土的耐久性。

4.3减水性能分析

萘系、聚羧酸系减水剂掺量对水泥净浆流动度的影响。萘系减水剂一般在掺量为0.6~1%，而聚羧酸系减水剂一般掺量为0.1~0.3%。萘系减水剂掺量为0.6%时，流动度为180mm，一小时后为140，当掺量为1%时流动度为260mm，一小时后为245mm；而聚羧酸系减水剂掺量为0.2%时，流动度已经达到280mm，一小时基本不损失，当掺量为0.3%时，流动度可达300mm以上，一小时稍微增加。与萘系减水剂相比，聚羧酸系减水剂具有掺量低、高分散性和优良的分散保持性等优点。

20%浓度的KH聚羧酸减水剂掺量为1%时，减水率27%左右，掺量为1.5%时，减水率高达30%以上。而一般萘系减水剂减水率一般在20%左右。

4.4环保分析

随着生活水平的提高，人们对居住环境提出了更高的要求。《民用建筑工程室内环境污染控制规范》国家标准自2001年11月发布以来，室内环境污染控制工作逐步实现正常化，室内环境污染状况得到初步控制。4年多的实践和不断发展的形势对《规范》提出了新的要求。规定甲醛含量为Ⅰ类民用建筑工程需≤0.08毫克立方米、Ⅱ类民用建筑工程需≤0.12毫克立方米。日前，该规范的局部修订工作已经完成，并于2006年4月10日经建设部批准发布。新版《规范》必将在控制室内环境污染、保障人民身体健康方面更好地发挥作用。新版《规范》中明确提出了关于混凝土外加剂测甲醛问题。修订后的《规范》要求，能释放甲醛的混凝土外加剂，其游离甲醛含量不应大于每千克0.5克，测定方法应符合国家标准《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》GB18582-2001附录B的规定。市场上的许多混凝土减水剂的主要成分是芳香族磺酸盐与甲醛的缩合物。在生产时，若合成工艺控制不当，产品很容易带有大量的游离甲醛，造成室内空气中甲醛超标。而聚羧酸系减水剂采用自由基水溶液聚合，原料中不含甲醛及其他污染物，合成过程中无污水废水排放，超低环境负荷，属于新型环保型建筑材料。

4.5经济效益分析

与萘系减水剂相比，在配制混凝土中，聚羧酸系混凝土减水剂以其优良的性能不仅可以改善其工作性、提高其耐久性，而且可以降低成本。以三峡工程R28400#F250P12二混凝土进行粗略估算，可以看出在每m3混凝土的胶凝材料和减水剂的合计成本：聚羧酸系减水剂的混凝土：胶凝材料357Kgm3，单价为0.5元Kg；掺量0.6%，单价为14元Kg，则合计成本=357×0.5+357×0.6%×14=209元；萘系减水剂的混凝土：胶凝材料403Kgm3，单价为0.5元Kg；掺量0.7%，单价为8.2元Kg，则合计成本=403×0.5+403×0.7%×8.2=224.6元。二者的价差为14.4元m3砼。其次，工程采用通水冷却等致冷措施的降温单价为2.2元℃·m3砼，由本文的结论，掺用聚羧酸系减水剂可降低混凝土内部温升6℃，则可节约降温成本6×2.2=13.2元m3砼。因此，在萘系的基础上，聚羧酸系减水剂可节约成本27.6元m3砼。若结合施工中振捣、养护等能耗以及混凝土裂缝处理等不可预见费用，聚羧酸系减水剂较萘系减水剂在水工混凝土工程投资上更具优势。

5结论

与萘系减水剂及传统高效减水剂相比，聚羧酸系减水剂具有优良的分散性和分散保持性，同时具有低碱、低氯离子、低收缩、无污染、低环境负荷和明显经济效益等优良性能，必将成为混凝土高效减水剂未来发展的必然趋势。

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