引 言
目前，混凝土仍然是建筑工业中最主要、最大宗的建筑材料，传统的混凝土将要被高性能混凝土、绿色混凝土所代替。而混凝土外加剂是配制高性能、绿色混凝土所不可或缺的组分之一，起到关键性作用。众多混凝土外加剂中，减水剂是目前研究和使用最广泛的一种外加剂，它的技术水平可以概括整个外加剂的使用水平。一般认为，减水剂的发展经历以下三个阶段：木质素磺酸盐类普通减水剂阶段；萘系为代表的高效减水剂阶段；聚羧酸盐系为代表的高性能减水剂阶段。本文将概括性阐述聚羧酸减水剂的发展历程以及今后研发方向，意在为我国在该领域的科学研究和产业发展起到“抛砖引玉”的作用。
1、我国聚羧酸减水剂的发展历程
自上个世纪九十年代末，上海建筑科学研究院成功研制LEX-9型聚羧酸减水剂以来，我国对聚羧酸减水剂品种的研究与开发已走过将近20个年头。虽然目前市场上萘系减水剂产品以其低廉的价格仍占有一定份额，但聚羧酸系减水剂的发展极为迅速，其研发水平与生产水平均获得了较大的提高，应用技术也在不断完善。现如今，几乎所有国家重大重点工程中，尤其在高铁、机场、水利等工程中都明确使用聚羧酸系减水剂，市场份额及年产量逐年提升，具体见表1和图1。
表1近五年高效减水剂中各品种所占比例
| 高性能减水剂比（%） | 高效减水剂比例（%） | 普通减水剂比例（%） |
2011年 | 37.1 | 60.2 | 2.8 |
2009年 | 26.2 | 66.6 | 7.2 |
2007年 | 14.6 | 79.3 | 6.2 |
图1我国聚羧酸系减水剂的年产量（按20%浓度计算）
2000年以后，我国混凝土工程界逐渐认识聚羧酸减水剂，这时的聚羧酸减水剂品种主要为聚酯型减水剂。2005年之前，生产企业少、价格高（2003年10000元/吨左右）、应用范围窄，“聚羧酸”被看成是外加剂中的“贵族”。聚羧酸系减水剂只有BASF、SIKA、GRACE和苏博特、上海建科、建研等少数企业生产和销售，并且只有少数国家重点工程才得到应用。2006年，由于国家高铁项目的正式开工，聚羧酸减水剂逐渐走向“平民化”。同时，国内众多混凝土外加剂生产企业家纷纷积极筹建聚羧酸减水剂的生产线，另有一些从未从事过外加剂生产、经营和应用的企业也积极投身于聚羧酸系减水剂行业，共同围绕与面对聚羧酸减水剂的项目攻关、技术开发与转让和人才竞争。市场上也逐渐出现了聚醚型聚羧酸减水剂品种。
2010年以后，国内市场上的聚羧酸减水剂品种逐渐由聚酯型聚羧酸向聚醚型聚羧酸转变，减水剂市场价格下降、技术逐渐普及，应用得到空前的推广。究其原因主要有以下几点：（1）聚酯类减水剂的合成为两步，先酯化制备大单体，再通过自由基共聚合成减水剂，工艺复杂，成本较高；（2）聚酯型减水剂在混凝土强碱条件下易水解，坍落度损失较快；（3）聚酯型减水剂对工程上的砂、石等要求较高，且产品的保质期较短。
2、聚羧酸系减水剂的研发方向
现如今，聚羧酸系减水剂在积累了大量工程实践经验的同时也出现了各种各样的现实问题和工程问题。主要有：（1）原材料的成本和匮乏问题。（2）减水剂对混凝土工作性的影响。（3）减水剂的适用性问题。（4）混凝土裂缝的问题。针对以上的种种问题，如何正确合理地理解并解决这些问题，应该主要从以下几个方面来进行研究。
2.1原材料方面
目前合成聚羧酸减水剂所用的单体主要有不饱和酸、聚氧乙烯类大单体、烯丙基磺酸盐以及丙烯酸酯等四类。我们知道，聚羧酸减水剂的主要作用机理为空间位阻斥力，而发挥此作用的功能基团是聚氧乙烯大单体侧链，所以如何开发出低成本、且具有较高聚合活性的聚醚大单体，使之合成出性能优异的聚醚减水剂是很重要的研发方向之一。
2.2合成新技术方面
对生产工艺的控制和对聚合条件的改善是生产出性能优异产品的保证，主要体现在低温聚合技术和自动化生产技术。（1）低温聚合技术（0~30℃）是通过聚合过程中引发剂体系的改变来实现的，即在过氧类引发剂中加入还原剂使之形成氧化还原引发体系，从而使产生的自由基可降低分解活化能，有利于聚合反应在较低的温度下进行，减少能耗。（2）自动化合成新技术：生产原料贵、设备产能高、质量要求高、釜温滞后大、温度难于控制以及不同工艺阶段控温不同、加料量和速度要求控制精确，这些都需要采用工业自动化技术，实现计算机自动控制工艺生产过程，减少劳动量、节约成本。
2.3分子结构设计方面
众所周知，聚羧酸减水剂的分子结构自由度相当大，合成时可控制的参数多、高性能化的潜力大。由于市场的需求，聚羧酸减水剂已从早期的减水型向功能型聚羧酸方向发展。（1）早强型聚羧酸减水剂：满足节能减排需求，大幅度降低混凝土水灰比，通过早强组分激发水泥的水化速度来提高混凝土的早期强度。（2）交联缓释聚羧酸减水剂：在聚羧酸主链之间形成部分交联，或在主链中引入可以在强碱介质中缓慢释放羧酸基团的第三单体，来提高聚羧酸减水剂的保坍性能。（3）减缩型聚羧酸减水剂：将小分子减缩剂接枝到聚羧酸主链上，或通过聚羧酸外加剂与减缩剂的复配，达到减少混凝土收缩的目的。（4）带-PO43-基团的聚羧酸减水剂：将-PO43-基团作为侧基接枝到聚羧酸主链上，因-PO43-基团的负电性要强于-COO-，使聚羧酸减水剂的吸附能力增强，分散性能提高。
3、结束语
在过去的十几年间，聚羧酸系减水剂的结构设计、生产和应用方面都取得了长足的发展。由于其结构的可调控性，生产出工程应用中所需的功能型聚羧酸减水剂。随着研究的不断深入，聚羧酸减水剂将进一步朝高性能多功能化、生态化、国际标准化的方向发展。
