聚羧酸系減水劑（PCE）由于摻量低、減水率高（不小于25%）、增強(qiáng)效果好、分子可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，以及合成過(guò)程中不使用甲醛等特點(diǎn)，自20世紀(jì)80年代末誕生起就受到研究者和工程應(yīng)用者的推崇。特別是21世紀(jì)初中國(guó)高鐵和大壩工程開(kāi)始推廣應(yīng)用PCE后，在PCE研究方面掀起了一股浪潮，久未平息。關(guān)于PCE的研究，人們聚焦于其作用機(jī)理的解釋、性能的進(jìn)一步提升、衍生產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)以及應(yīng)用技術(shù)的優(yōu)化，目的在于徹底解決水泥混凝土實(shí)際施工技術(shù)問(wèn)題，提高混凝土綜合性能（高工作性、高強(qiáng)度、高韌性和高耐久性），最大程度地實(shí)現(xiàn)節(jié)資、利廢、節(jié)能和減排的目標(biāo)。時(shí)至今日，雖然在PCE的研究方面取得了一定成果，但由于對(duì)PCE的認(rèn)知尚淺，所解決的問(wèn)題只是冰山一角，研究工作仍然十分艱辛！

 

為激發(fā)更多學(xué)者的研究興趣，引導(dǎo)重點(diǎn)研究方向，促成更加有效的研究成果，在此特提出有關(guān)PCE研究的6大難題，歡迎大家批評(píng)指正。

 

難題1：PCE的作用機(jī)理

摻入PCE的水泥漿體流動(dòng)性能會(huì)大幅提高。研究人員普遍認(rèn)為，PCE吸附在水泥顆粒表面，相鄰水泥顆粒表面所吸附的PCE分子主鏈上的羧酸基團(tuán)通過(guò)同性電荷相斥原理產(chǎn)生分散作用，加之，PCE分子的側(cè)鏈可以提供空間位阻作用，因而PCE具有優(yōu)異的分散性能。但是，PCE是如何被吸附在水泥顆粒表面的呢？是靜電作用的結(jié)果還是熵增作用的驅(qū)動(dòng)，目前仍然沒(méi)有定論。此外，摻入PCE的水泥漿體水化誘導(dǎo)期的持續(xù)時(shí)間相較未摻PCE的水泥漿體有所延長(zhǎng)，在宏觀上表現(xiàn)為水泥漿體凝結(jié)時(shí)間推遲。那么，PCE如何實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥漿體的緩凝？為什么摻有PCE的水泥漿體在后來(lái)的水化速率反而加快？

 

難題2：PCE的插層作用

Plank等研究認(rèn)為，PCE在某些水化產(chǎn)物中可能發(fā)生插層作用。那么PCE發(fā)生插層作用的機(jī)理是什么？部分學(xué)者認(rèn)為，水泥漿體液相中的PCE分子可能為水化硅酸鈣（C-S-H）的成核提供位點(diǎn)，那么這是否是發(fā)生插層作用的原因之一？此外，膨潤(rùn)土和蒙脫土等礦物相蒙脫石也具有層狀結(jié)構(gòu)，了解PCE發(fā)生插層作用的原因可否助力于抗泥型PCE的研發(fā)？

 

難題3：早強(qiáng)型PCE

學(xué)界有部分早強(qiáng)型PCE的研究成果，市面上也已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)少量的早強(qiáng)型PCE產(chǎn)品，但是人們對(duì)早強(qiáng)型PCE的作用機(jī)理仍然存在疑慮。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，PCE的摻入均會(huì)不同程度地延緩水泥的水化，降低水泥漿體早期的累積水化放熱量，同時(shí)降低早期硬化水泥漿體中CH的生成量。關(guān)于早強(qiáng)型PCE的作用機(jī)理，以及該類PCE是否確實(shí)促進(jìn)了水泥漿體的水化，是值得商榷的。

 

難題4：促凝型PCE

目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的速凝劑品種多為硫酸鋁型液體無(wú)堿速凝劑，這類速凝劑雖對(duì)混凝土后期強(qiáng)度影響較小，但與膠凝材料的適應(yīng)性不甚理想。那么是否有希望開(kāi)發(fā)出一種促凝型PCE，它在早期能促進(jìn)水泥漿體中C-S-H的快速成核，而不影響硬化水泥漿體后期強(qiáng)度的發(fā)展呢？硫酸鋁型液體無(wú)堿速凝劑的作用機(jī)理可能是向液相中提供更多的可溶性SO2－4，從而促進(jìn)水泥漿體中鈣礬石（AFt）的形成。因此，是否可以通過(guò)側(cè)鏈較長(zhǎng)的羧酸單體、非離子型單體以及大單體共聚，制備出在水泥顆粒表面吸附數(shù)量極少，又能絡(luò)合鈣離子，進(jìn)而促進(jìn)C-S-H成核的促凝型PCE？

 

難題5：減縮型PCE

水泥混凝土澆筑后會(huì)發(fā)生一系列的收縮，如塑性干燥收縮、化學(xué)收縮、自收縮和硬化干燥收縮等，導(dǎo)致其產(chǎn)生收縮裂縫，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性。大量試驗(yàn)證明，摻入有效的減縮劑可以使混凝土的塑性干燥收縮、自收縮和硬化干燥收縮率減少40%以上，降低混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫的概率。關(guān)于減縮劑的作用機(jī)理，普遍認(rèn)可的是：（1）減縮劑的摻入大幅降低了混凝土內(nèi)部液相的表面張力；（2）減縮劑的摻入有助于減緩混凝土內(nèi)部水分的蒸發(fā)速率；（3）減縮劑的摻入改變了混凝土內(nèi)部漿體的孔結(jié)構(gòu)。不管減縮劑的作用機(jī)理如何，其較大的摻量（1%～3%）影響著工程界的使用積極性。由于PCE的水溶液也具有較低的表面張力，人們寄希望于減縮型PCE的成功研發(fā)與投產(chǎn)。然而，時(shí)至今日，尚未出現(xiàn)規(guī)?；臏p縮型PCE產(chǎn)品。

 

難題6：PCE的適應(yīng)性

雖然PCE在中國(guó)減水劑行業(yè)的市場(chǎng)占有率已超過(guò)80%，但仍然有些混凝土生產(chǎn)企業(yè)無(wú)奈地將所使用的PCE更換為萘系減水劑或脂肪族減水劑。究其原因，在于目前的PCE產(chǎn)品在面對(duì)不同地域的混凝土原材料時(shí)，其適應(yīng)性難以滿足要求。中國(guó)幅員遼闊，PCE的推廣應(yīng)用者面對(duì)全國(guó)各地不同的原材料和其他外加劑時(shí)，即使利用富有經(jīng)驗(yàn)的復(fù)配技術(shù)，有時(shí)仍然束手無(wú)策。這些難題主要涉及PCE的適應(yīng)性。通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立不同種類PCE對(duì)各種原材料和其他外加劑的影響模型，可能會(huì)對(duì)企業(yè)在PCE的研發(fā)及應(yīng)用方面大有裨益。

 

綜上所述，自20世紀(jì)80年代誕生以來(lái)，PCE雖然已經(jīng)歷經(jīng)30余年的發(fā)展，但關(guān)于PCE作用機(jī)理的研究、PCE新品種的開(kāi)發(fā)以及PCE大規(guī)模應(yīng)用的研究方面仍然有諸多亟待解決的問(wèn)題。

 

PCE的研究方興未艾！為了PCE美好的未來(lái)，所有相關(guān)研究者應(yīng)該同舟共濟(jì)，自強(qiáng)不息，繼往開(kāi)來(lái)！