聚合羧酸系高性能減水劑是國外稱為高性能AE減水劑的主要品種，屬于減水劑的第四代產品，現(xiàn)主要用于高強度、高流動性混凝土的制造及普通混凝土減水用。該類產品的開發(fā)始于上世紀80年代初，80年代末期即開始投入實際使用。

1．聚合羧酸系高性能減水劑的分子設計基礎

減水劑實際上是一種使水泥粒子高度分散并使分散體系穩(wěn)定的表面活性劑。減水劑的分散效果越好，分散體系越穩(wěn)定，減水效果越好，制造的混凝土的性能就越好，基于這樣的考慮，人們把常用的染料分散劑如萘磺酸甲醛縮合物用于水泥制品中，果真起到了良好的效果。

1．1  DLVO理論

DLVO理論由Derjaguin Laudau 、Verwey 、Over beek等人提出，因此簡稱為DLVO理論。該理論認為分散粒子相互接近時受到兩種力的作用，一種是相互吸引的范德華力VA，另一種是相互排斥的靜電力VR。兩者的合力VT隨粒子間距離而變化。將VT與粒子間距離大小所作的曲線稱位能曲線。位能曲線上VT為極大值Vmax時，這時粒子就處于分散狀態(tài)，此時的Vmax稱為能量壁壘。Vmax值越大，分散穩(wěn)定性越好。VT實際上與粒子的ζ電位有關。因此，通過測定水泥粒子表面的ζ電位就可推斷其分散性了。

   當水泥粒子吸附在帶有相同電荷的高分子減水劑分子上時，由于同一分子上帶有數(shù)千乃至數(shù)萬個帶電基團，這些帶電基團的相互排斥作用的結果是使Vmax值很大。因此，一般均可獲得滿意的分散效果。

   聚合羧酸類減水劑主要由丙烯酸、馬來酸、丁烯二酸等羧酸類引入帶負電荷基團，有時也可以在分子上引入更強或具有多價電荷的磺酸根、硫酸根、磷酸根。

1．2 空間效應理論

空間效應理論也稱為熵效應理論，由Mackor**先提出，后來又被Fisher，ottavill等稱為滲透壓效應理論。該理論同樣也用位能曲線來說明。

當水泥粒子吸附在帶有長側鏈的減水劑分子上時，這些吸附粒子相互越靠近時，所受到的空間位阻就越大，反之就越小。空間位阻VR與粒子間距離變化曲線就是位能曲線。當VR越大時，分散性就越好。

VR的大小與分散劑（減水劑）的分子結構、吸附量的多少有關，因此可通過計算不同分子的化學結構及吸附層的厚度的熵效應來推斷。

在聚合羧酸系中，在保持強力靜電排斥的同時，若又引入具有較大空間位阻的側基，同時發(fā)揮二者的作用，可收到更好的減水效果，這就是聚合羧酸系較萘系等具有更好的減水效果的原因。當然，在進行聚合羧酸系分子設計時，還必須考慮到側基大小對靜電排斥的屏蔽作用及對整個分子水溶性的影響。**近我們用丙烯酸、丙烯酸高級醇酯進行共聚，考察了減水劑中分子的摩爾比及側鏈長度對減水效果的影響。所用的醇為正丁醇、十二醇、十六醇及十八醇。當用正丁醇時，減水效果不算理想，用十二醇時效果**佳，用十八醇時，當丙烯酸酯的摩爾百分數(shù)在30%左右時就不溶于水了，完全無減水效果。

1．3  Depletion理論

Depletion理論是D·H·Napeper等人于1980年提出。該理論認為聚合體即使不吸附，處于游離狀態(tài)時，也顯示出良好的分散、凝聚效果。

2．聚合羧系減水劑的分類

2．1 按化學結構分類

根據(jù)上述分子設計，目前已開發(fā)及正在開發(fā)的聚合羧系多為具有帶電荷的分子鏈段和不帶電荷的分子鏈段構成，不帶電荷鏈段中，常常帶有長鏈側基。主要分成以下十四類：

1、  丙烯酸鹽

2、  馬來酸與烯烴的共聚體

3、  苯乙烯與馬來酸的共聚體

4、  苯乙烯與馬來酸單酯共聚體

5、  丙烯酸與丙烯酸酯共聚體

6、  丙烯酸鹽與丙烯酸酯及其它烯類的多元共聚體

7、  丙烯酸酯部分交聯(lián)體

8、  苯乙烯-馬來酸-烯丙醚共聚體

9、  烯丙醚-馬來酸單酯共聚體

10、          丙烯酸鹽-丙烯酸三乙醇胺環(huán)氧乙烷加成物共聚體（多支鏈型）

11、          反應型高分子減水劑

12、          活性持續(xù)減水劑

13、          聚丙烯酰胺部分加水解物

14、          丙烯酸鹽-丙烯酸酯-丙烯酰胺三元共聚體

2．2 按對凝結時間的影響分類

  （1）、標準型：減水率大于18%，與未加添加劑相比，初凝在-30~+120。終凝也在-30~+120內。

  （2）、遲延型：減水率大于18%，與未加添加劑相比，初凝在+90~+240。終凝也在+240以下。

  （3）、徐放型：

  （4）、活性持續(xù)型：

3．聚合羧酸系減水劑的主要特點：

（1）、具有高的減水率，一般均在18%以上，**高可達26%；

（2）、由于分子結構的羧基可與游離鈣結合，對凝結時間往往有一定影響，分子中羧基含量越多，凝結時間就越長。因此可通過調節(jié)羧基含量，調節(jié)其凝結時間。有時它可作延遲劑兼減水劑使用。

（3）、由于石油化工的發(fā)展，發(fā)展聚合羧系減水劑的原料易得，合成工藝也較簡單，因此生產成本大多不算很高，使之有較好的發(fā)展條件。

4．         合羧系減水劑的用途

（1）、主要用于高強度混凝土的制造；

在超高層建筑，混凝土的輕量化，大型土木工程中已廣泛使用。它可使結合材的WC減少，空隙率減少，因而可大大提高混凝土強度。

   （2）、高流動性混凝土的制造

在混凝土中添加此類減水劑后，其流動性可大大提高，在澆鑄時易充滿型框，凝結后的混凝土表明光滑、美觀。在和高爐灰等混合使用時，可制得由管道泵送的水泥漿及部分混凝土（碎石極小時）。此類混凝土及水泥漿在外力作用下易流動，但外力去除后，塌落度卻保持良好。因此可通過管道噴射用以保護隧道壁、坡面等。

   （3）、在制造普通混凝土時，也可添加此類減水劑與其它價格更廉價的減水劑的混合物，起到花錢不多，減水效果更好的作用。

5．今后的發(fā)展趨勢

在我國，聚合羧酸類減水劑的使用才剛剛開始，正處于產品更新?lián)Q代期間，因此積極宣傳、推廣此類減水劑則是首要任務。此類減水劑在世界范圍內，品種雖已不少，但國內目前品種仍很少，開發(fā)更多新品種，以滿足市場需要也是科技界的迫切任務。

在此類減水劑的推廣應用中，一定會出現(xiàn)許多新的工藝問題，這些問題也是極需建筑領域的專家、學者及化學專家們積極配合，共同解決。

開發(fā)減水率更高、性能更優(yōu)異、適用性更強的世界級新產品也是今后發(fā)展的主要方向。從分散、凝結理論來看，在聚合羧酸中引入帶有多價電荷，相互作用更強的磷酸根、硫酸根、磺酸根可進一步提高減水率，在分子中引入磺酸根的新品種已有報道，但品種極少。采用多元共聚，同時滿足DLVO電荷排斥理論、Machor的空間效應及D·H·Napeper的自由吸附理論要求，并使之達到**佳的平衡效果?？赏_發(fā)出性能極優(yōu)的新品種。