聚羧酸减水剂的分子结构、作用机理及特性

1、聚羧酸减水剂的分子结构、聚羧酸减水剂的分子结构、 作用机理及特性作用机理及特性 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 主要内容主要内容 l1、聚羧酸系减水剂发展历程 l2、聚羧酸系减水剂分子结构 l3、聚羧酸系减水剂的作用机理 l4、聚羧酸系高性能减水剂的特性 l5、聚羧酸系减水剂应用中易遇到的难题 PCE-第一代第一代 甲基丙烯酸甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯型甲基丙烯酸甲酯型 日本触媒日本触媒 （Nippon Shokubai /NMB 1986） ） 1、聚羧酸系减水剂发展历程、聚羧酸系减水剂发展历程 PCE-第二代第二代 烯丙醚型聚羧酸盐烯丙醚型聚羧酸盐 日本油脂 (Nippon Oil & Fats) PCE-第三代第三代 酰胺酰胺-酰亚胺型聚羧酸盐酰亚胺型聚羧酸盐 d 美国美国(W.R.Grace) CH2 - C - CH2 - C COO-Na+ CH3 COO(CH2CH2O)nCH3 CH3 m 主链链 侧链侧链 聚羧羧酸是梳状结构状结构 萘萘系列是直线结构线结构 - - 各种种功能都根据主链链，侧链侧链 的长长度，还还有密度。 2、聚羧羧酸系

2、减减水剂剂分子结构结构 聚羧酸系减水剂分子结构 聚羧酸系减水剂在水中的分散 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor）混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 萘系分子设计 SO3H SO3H SO3H SO3H CH2O SO3H CH2 n SO3HSO3H CH2 n SO3HSO3H NaOH CH2 n SO3NaSO3Na + 浓硫 酸 磺 化 165 熔 化 水 解 + 缩 合 + H2Onnn + 中 和 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor）混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 氨基磺酸盐（单环芳烃）系分子设计 NH2 SO3Na OH NH2 SO3Na CH2O NH2 SO3Na CH2OHHOCH2 OH CH2O OH CH2OHHOCH2 + 均 化 混 合 物 + 羥 甲 基化 + 羥 甲 基化 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor）混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） NH2 SO3Na CH2OHHOCH2 O

3、H CH2OHHOCH2 NH2 CH2OCH2 OH n SO3Na HOCH2CH2OH + n n 缩 合 + n H2O 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 3、聚羧酸系减水剂聚羧酸系减水剂的作用机理的作用机理 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 聚羧酸超塑化剂在水泥颗粒上的吸附分散机理聚羧酸超塑化剂在水泥颗粒上的吸附分散机理 l聚羧酸盐高效减水剂加入到水泥中，能显著的改善 拌合物的流动性。其减水作用机理有以下几种分析： 1) 静电斥力效应： DLVO理论认为带电胶体颗粒之间是双电层重叠时的 静电斥力和粒子间的范德华力之间相互作用的结果。 减水剂的吸附改变了水泥颗粒表面的电荷分布，降 低了双电层厚度，动电位提高，从而提高了颗粒之 间的分散性。 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 2）空间位阻效应 聚羧酸减水剂分子骨架为主链和较多的支 链组成，主链上含有较多的活性基团，依 靠这些活性基团，主链可以“锚固”在水 泥颗粒上，侧链具有亲水性，可以伸展在 液相中，从而在颗粒表面形成庞大的立体 吸附结构，产

4、生空间位阻效应。 - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + electrostatic rep ulsion - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + Steric hind rance PC PNS 聚羧羧酸系减减水剂与萘剂与萘系分子结构结构比较较 Initial Terminated Retaining dispersibilit y - - Adsorbed lay er of PNS is h ydrated quick ly PC PNS Retaining dispersibility Terminated 吸附于水泥颗粒的减水剂分子的作用持久性吸附于水泥颗粒的减水剂分

5、子的作用持久性 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 水泥浆体多级絮凝结构模型水泥浆体多级絮凝结构模型 图图A 水泥在水中絮凝结构图水泥在水中絮凝结构图 图图B 单个絮凝结构图单个絮凝结构图 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） 水泥浆体水泥浆体ESEMESEM分析分析 不掺PC时，水化3分钟时的ESEM照片 掺PC时，水化3分钟时的ESEM照片 掺有PC的水泥水化产物的结构更加均匀分散，水泥以极小颗粒的形式 分散在液相中，水泥颗粒之间基本上不存在“絮凝”结构。 合成技术难点 u聚羧酸减水剂进行分子结构设计 保持流动性 包括对减水剂分子主链的长度、支链的密度、 聚氧乙烯基支链的长度（长短结合）和各支链基 团的比例的设计。 支链活性基团支链活性基团 磺酸基（-SO3H） 羧酸基（-COOH） 羟基（-OH） 聚氧乙烯基（-（CH2CH2O）nR） 分散性好，有早强作用 分散性好，有缓凝作用 缓凝作用，浸透润湿 分散性好，有增稳作用 酰胺基 （-CO-NH2） 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） l分子结构 4

6、 4、聚羧酸系高性能减水剂的特性、聚羧酸系高性能减水剂的特性 l含羧基 l主链短 l侧链长 l梳型 l较高的空间位阻效应 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） l分子结构 4 4、聚羧酸系高性能减水剂的特性、聚羧酸系高性能减水剂的特性 l低掺量(0.15%-0.25%) l高减水率(25%) l坍落度损失小 l凝结时间影响小 l不受掺加顺序影响等 l某些性能还可以通过生产合成 而达到，如活用聚合方法可调 整分散性能和引气性能 l性能优点 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） l分子结构 4 4、聚羧酸系高性能减水剂的特性、聚羧酸系高性能减水剂的特性 lCl-0.3%(折固) l碱含量平均1.63%(折固) l表面张力平均46.2dyn/cm l性能优点 l不利因素少 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） l分子结构 4 4、聚羧酸系高性能减水剂的特性、聚羧酸系高性能减水剂的特性 l不使用甲醛和其他有害原材料 l强度、耐久性、节约水泥 l性能优点 l不利因素少 l环保性强 混凝土博士 微信公众号（ID: ConcreteDoctor） l难以控制合适的加水量 l难以控制合适的外加剂用量 l混凝土拌合料异常干涩、无法卸料，更甭提泵送浇注 l混凝土拌合料浇注后, 集料与浆体分层严重 l混凝土拌合料泌水量惊人 l混凝土引气严重，由于凝结时间长而表面长时间冒泡 l所浇注的混凝土拆模后表面质量欠佳(气泡、露砂等) l细集料含泥量对减水剂作用效果影响十分明显 l对某些水泥来说，聚羧酸系减水剂表现为异常不适应 l其它现象 5 5、聚羧酸系减水剂应用中易遇到的难题、聚羧酸系减水剂应用中易遇到的难题

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