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超塑化剂的分子结构与性能的关系 北京工业大学 陈建奎教授 一.超塑化剂及其分类 . 超塑化剂的合成和工艺 三. 超塑化剂的分子结构与性能的关系 一.超塑化剂及其分类 20 世纪 60 年代初，国外市场上出了三种高效减水剂(或称超塑化剂) ，它们是萘磺酸盐甲 醛缩合物，多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物。40 多年前，日本和 德意志联邦共和国开始在混凝土使用高效减水剂，以后得到广泛应用。我国在?0 年代初开 始研制高效减水剂，并且相应的品种都能生产，目前的年产量约 150 万吨。高效减水剂的应 用给混凝土带来变革性变化，掺少量高效减水剂(水泥重量的 0.5 ％～2.0 ％)可以配制高强混 凝土(60～120MPa)和流态混凝土。在与基准混凝土保持相同流动性时，掺高效减水剂可使 混凝土的用水量减少 18％～25 ％，因此称谓“高效减水剂”。以后因使用在不同方面，又派 生为超塑化剂、流化剂、泵送剂等。同时，高效减水剂的应用范围也在不断地扩大，发展了 一些新型混凝土品种和材料，如自流平砂浆和混凝土、水下浇灌混凝土、宏观无缺陷水泥 (MDF)、高性能混凝土等。近 10 多年来，新型高效减水剂和超塑化剂的研究和开发也有较 快的进展，如：对胺基苯磺酸盐甲醛缩聚物、磺化聚苯乙烯、马来酸磺酸盐聚氧乙烯酯 (SBM)、多元醇磺酸盐与环氧乙烷和环氧丙烷共聚物、磺化脂肪酸聚氧乙烯酯、磺化酮醛缩 聚物等。 20 世纪 90 年代初，高性能混凝土的研究和开发要求更高减水率的超塑化剂，因此、以 聚丙烯酸盐及其接枝共聚物为代表的聚羧酸盐系新型超塑化剂得到迅速发展，并成为 21 世 纪超塑化剂的发展方向。 超塑化剂发展的另一个方向是为了满足混凝土的工作性以及对硬化混凝土性能的特殊要 求，将高效减水剂与其它外加剂复合。现在单一成分的高效减水剂很少直接用于混凝土工程 和商品混凝土中，大都是使用满足特定性能的高效能、多功能复合超塑化剂(CSP) 。可以说 单一成分的高效减水剂只是生产复合外加剂的一种原料，或者是一种不可缺少的原料。但这 丝毫不意味着高效减水剂不重要，反而进一步证明它促进了混凝土材料的发展。 超塑化剂是化学外加剂. 它能使水灰比适当低的新拌混凝土的工作性维持一个合理时间 周期,而不影响水泥体系的凝结和硬化行为。外加剂也必须是能与系统的其他成分相容，特 别是和其他的化学外加剂相容。典型超塑化剂不应该干扰控制凝结外加剂(缓凝剂,加速剂), 混凝土引气外加剂和抗水冲失外加剂的作用。 超塑化剂,像许多其他类型的外加剂那样,掺入混凝土中被执行一种特殊的功能;因此，通 常按他们的功能性质进行描述。超塑化剂已经被归类为"高效减水剂"(HRWR), 以区别早期 用于减少混凝土用水量的其他种类的低效化学外加剂。 负责标准和编码的组织已经以他们 的观点,按作用和性能提出了超塑化剂的实际定义。美国材料试验学会已经公布了一个外加 剂分类方案,下列各级别属于超塑化剂: F 级: 高效减水剂; G 级: 高效减水剂和缓凝剂(ASTM C494) 。使用超塑化剂生产流态混凝土 产品应执行规范 ASTM C1017 。 超塑化剂进一步的子分类也已经应用, 例如,提及 "第一"," 第 " 和 "第三" 代产品。 如此的分类已经限制了应用,如同他们既不反映外加剂的化学性 质,又不反映他们的工地使用性能。 以化学的观点，超塑化剂是属于有机高分子电解质 属于聚合物分散剂的种类。对其他的 类型化学制品也是一样(例如,硅酸盐，磷酸盐，葡萄糖酸盐，丙稀酸酯等)哪一个是用来分散 胶体的和是非均相系统的微粒子固体(例如,水基涂料中的色素和树脂},混凝土超塑化剂可能 1 是 "特殊"分散外加剂。在很大的程度上,这一章,而且更多是第 3 章, 将会热衷于论述用作 超塑化剂的高效减水剂的分子特性。这些分子的特性和超塑化剂的功能之间的关系将在第 7 章中通过考查这些外加剂的作用机理做进一步讨论。 值得提出的是,当做混凝土超塑化剂的聚合分散剂在其他的应用中也可能是有效,包括微 粒子材料泥浆的分散。化学类型与超塑化剂一样的典型分散剂也可用于石膏人造壁板的制造