聚合羧酸系高性能减水剂是国外称为高性能AE减水剂的主要品种，属于减水剂的第四代产品，现主要用于高强度、高流动性混凝土的制造及普通混凝土减水用。该类产品的开发始于上世纪80年代初，80年代末期即开始投入实际使用。

1．聚合羧酸系高性能减水剂的分子设计基础

减水剂实际上是一种使水泥粒子高度分散并使分散体系稳定的表面活性剂。减水剂的分散效果越好，分散体系越稳定，减水效果越好，制造的混凝土的性能就越好，基于这样的考虑，人们把常用的染料分散剂如萘磺酸甲醛缩合物用于水泥制品中，果真起到了良好的效果。

1．1  DLVO理论

DLVO理论由Derjaguin Laudau 、Verwey 、Over beek等人提出，因此简称为DLVO理论。该理论认为分散粒子相互接近时受到两种力的作用，一种是相互吸引的范德华力VA，另一种是相互排斥的静电力VR。两者的合力VT随粒子间距离而变化。将VT与粒子间距离大小所作的曲线称位能曲线。位能曲线上VT为极大值Vmax时，这时粒子就处于分散状态，此时的Vmax称为能量壁垒。Vmax值越大，分散稳定性越好。VT实际上与粒子的ζ电位有关。因此，通过测定水泥粒子表面的ζ电位就可推断其分散性了。

   当水泥粒子吸附在带有相同电荷的高分子减水剂分子上时，由于同一分子上带有数千乃至数万个带电基团，这些带电基团的相互排斥作用的结果是使Vmax值很大。因此，一般均可获得满意的分散效果。

   聚合羧酸类减水剂主要由丙烯酸、马来酸、丁烯二酸等羧酸类引入带负电荷基团，有时也可以在分子上引入更强或具有多价电荷的磺酸根、硫酸根、磷酸根。

1．2 空间效应理论

空间效应理论也称为熵效应理论，由Mackor**先提出，后来又被Fisher，ottavill等称为渗透压效应理论。该理论同样也用位能曲线来说明。

当水泥粒子吸附在带有长侧链的减水剂分子上时，这些吸附粒子相互越靠近时，所受到的空间位阻就越大，反之就越小。空间位阻VR与粒子间距离变化曲线就是位能曲线。当VR越大时，分散性就越好。

VR的大小与分散剂（减水剂）的分子结构、吸附量的多少有关，因此可通过计算不同分子的化学结构及吸附层的厚度的熵效应来推断。

在聚合羧酸系中，在保持强力静电排斥的同时，若又引入具有较大空间位阻的侧基，同时发挥二者的作用，可收到更好的减水效果，这就是聚合羧酸系较萘系等具有更好的减水效果的原因。当然，在进行聚合羧酸系分子设计时，还必须考虑到侧基大小对静电排斥的屏蔽作用及对整个分子水溶性的影响。**近我们用丙烯酸、丙烯酸高级醇酯进行共聚，考察了减水剂中分子的摩尔比及侧链长度对减水效果的影响。所用的醇为正丁醇、十二醇、十六醇及十八醇。当用正丁醇时，减水效果不算理想，用十二醇时效果**佳，用十八醇时，当丙烯酸酯的摩尔百分数在30%左右时就不溶于水了，完全无减水效果。

1．3  Depletion理论

Depletion理论是D·H·Napeper等人于1980年提出。该理论认为聚合体即使不吸附，处于游离状态时，也显示出良好的分散、凝聚效果。

2．聚合羧系减水剂的分类

2．1 按化学结构分类

根据上述分子设计，目前已开发及正在开发的聚合羧系多为具有带电荷的分子链段和不带电荷的分子链段构成，不带电荷链段中，常常带有长链侧基。主要分成以下十四类：

1、  丙烯酸盐

2、  马来酸与烯烃的共聚体

3、  苯乙烯与马来酸的共聚体

4、  苯乙烯与马来酸单酯共聚体

5、  丙烯酸与丙烯酸酯共聚体

6、  丙烯酸盐与丙烯酸酯及其它烯类的多元共聚体

7、  丙烯酸酯部分交联体

8、  苯乙烯-马来酸-烯丙醚共聚体

9、  烯丙醚-马来酸单酯共聚体

10、          丙烯酸盐-丙烯酸三乙醇胺环氧乙烷加成物共聚体（多支链型）

11、          反应型高分子减水剂

12、          活性持续减水剂

13、          聚丙烯酰胺部分加水解物

14、          丙烯酸盐-丙烯酸酯-丙烯酰胺三元共聚体

2．2 按对凝结时间的影响分类

  （1）、标准型：减水率大于18%，与未加添加剂相比，初凝在-30~+120。终凝也在-30~+120内。

  （2）、迟延型：减水率大于18%，与未加添加剂相比，初凝在+90~+240。终凝也在+240以下。

  （3）、徐放型：

  （4）、活性持续型：

3．聚合羧酸系减水剂的主要特点：

（1）、具有高的减水率，一般均在18%以上，**高可达26%；

（2）、由于分子结构的羧基可与游离钙结合，对凝结时间往往有一定影响，分子中羧基含量越多，凝结时间就越长。因此可通过调节羧基含量，调节其凝结时间。有时它可作延迟剂兼减水剂使用。

（3）、由于石油化工的发展，发展聚合羧系减水剂的原料易得，合成工艺也较简单，因此生产成本大多不算很高，使之有较好的发展条件。

4．         合羧系减水剂的用途

（1）、主要用于高强度混凝土的制造；

在超高层建筑，混凝土的轻量化，大型土木工程中已广泛使用。它可使结合材的WC减少，空隙率减少，因而可大大提高混凝土强度。

   （2）、高流动性混凝土的制造

在混凝土中添加此类减水剂后，其流动性可大大提高，在浇铸时易充满型框，凝结后的混凝土表明光滑、美观。在和高炉灰等混合使用时，可制得由管道泵送的水泥浆及部分混凝土（碎石极小时）。此类混凝土及水泥浆在外力作用下易流动，但外力去除后，塌落度却保持良好。因此可通过管道喷射用以保护隧道壁、坡面等。

   （3）、在制造普通混凝土时，也可添加此类减水剂与其它价格更廉价的减水剂的混合物，起到花钱不多，减水效果更好的作用。

5．今后的发展趋势

在我国，聚合羧酸类减水剂的使用才刚刚开始，正处于产品更新换代期间，因此积极宣传、推广此类减水剂则是首要任务。此类减水剂在世界范围内，品种虽已不少，但国内目前品种仍很少，开发更多新品种，以满足市场需要也是科技界的迫切任务。

在此类减水剂的推广应用中，一定会出现许多新的工艺问题，这些问题也是极需建筑领域的专家、学者及化学专家们积极配合，共同解决。

开发减水率更高、性能更优异、适用性更强的世界级新产品也是今后发展的主要方向。从分散、凝结理论来看，在聚合羧酸中引入带有多价电荷，相互作用更强的磷酸根、硫酸根、磺酸根可进一步提高减水率，在分子中引入磺酸根的新品种已有报道，但品种极少。采用多元共聚，同时满足DLVO电荷排斥理论、Machor的空间效应及D·H·Napeper的自由吸附理论要求，并使之达到**佳的平衡效果。可望开发出性能极优的新品种。