聚羧酸系減水劑（PCE）由於摻量低、減水率高（不小於25%）、增強效果好、分子可調節性強，以及合成過程中不使用甲醛等特點，自20世紀80年代末誕生起就受到研究者和工程應用者的推崇。特別是21世紀初中國高鐵和大壩工程開始推廣應用PCE後，在PCE研究方面掀起了一股浪潮，久未平息。關於PCE的研究，大多數學者聚焦於其作用機理的解釋、性能的進一步提升、衍生產品的開發以及應用技術的優化，目的在於徹底解決水泥混凝土實際施工技術問題，提高混凝土綜合性能（高工作性、高強度、高韌性和高耐久性），最大程度地實現節資、利廢、節能和減排的目標。時至今日，雖然在PCE的研究方面取得了一定成果，但由於對PCE的認知尚淺，所需解決的問題還較多！在此特提出有關PCE研究的6大難題，歡迎大家批評指正。
難題1：PCE的作用機理
摻入PCE的水泥漿體流動性能會大幅提高。研究人員普遍認為，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通過同性電荷相斥原理產生分散作用，加之，PCE分子的側鏈可以提供空間位阻作用，因而PCE具有優異的分散性能。但是，PCE是如何被吸附在水泥顆粒表面的呢？是靜電作用的結果還是熵增作用的驅動，目前仍然沒有定論。此外，摻入PCE的水泥漿體水化誘導期的持續時間相較未摻PCE的水泥漿體有所延長，在宏觀上表現為水泥漿體凝結時間推遲。那麼，PCE如何實現對水泥漿體的緩凝？為什麼摻有PCE的水泥漿體在後來的水化速率反而加快？
難題2：PCE的插層作用
Plank等研究認為，PCE在某些水化產物中可能發生插層作用。那麼PCE發生插層作用的機理是什麼？部分學者認為，水泥漿體液相中的PCE分子可能為水化矽酸鈣（C-S-H）的成核提供位點，那麼這是否是發生插層作用的原因之一？此外，膨潤土和蒙脫土等礦物相蒙脫石也具有層狀結構，了解PCE發生插層作用的原因可否助力於抗泥型PCE的研發？
難題3：早強型PCE
目前早強型PCE的研究成果較多，市面上也已經開始出現少量的早強型PCE產品，但是人們對早強型PCE的作用機理仍然存在疑慮。大量試驗結果表明，PCE的摻入均會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，同時降低早期硬化水泥漿體中CH的生成量。關於早強型PCE的作用機理，以及該類PCE是否確實促進了水泥漿體的水化，是值得商榷的。
難題4：促凝型PCE
目前市場上常見的速凝劑品種多為硫酸鋁型液體無鹼速凝劑，這類速凝劑雖對混凝土後期強度影響較小，但與膠凝材料的適應性不甚理想。那麼是否有希望開發出一種促凝型PCE，它在早期能促進水泥漿體中C-S-H的快速成核，而不影響硬化水泥漿體後期強度的發展呢？硫酸鋁型液體無鹼速凝劑的作用機理可能是向液相中提供更多的可溶性SO42-，從而促進水泥漿體中鈣礬石（AFt）的形成。因此，是否可以通過側鏈較長的羧酸單體、非離子型單體以及大單體共聚，製備出在水泥顆粒表面吸附數量極少，又能絡合鈣離子，進而促進C-S-H成核的促凝型PCE？
難題5：減縮型PCE
混凝土澆筑後會發生一系列的收縮，如塑性乾燥收縮、化學收縮、自收縮和硬化乾燥收縮等，導致其產生收縮裂縫，嚴重影響結構的力學性能和耐久性。大量試驗證明，摻入有效的減縮劑可以使混凝土的塑性乾燥收縮、自收縮和硬化乾燥收縮率減少40%以上，降低混凝土結構出現嚴重裂縫的概率。關於減縮劑的作用機理，普遍認可的是：（1）減縮劑的摻入大幅降低了混凝土內部液相的表面張力；（2）減縮劑的摻入有助於減緩混凝土內部水分的蒸發速率；（3）減縮劑的摻入改變了混凝土內部漿體的孔結構。不管減縮劑的作用機理如何，其較大的摻量（1%～3%）影響著工程界的使用積極性。由於PCE的水溶液也具有較低的表面張力，人們寄希望於減縮型PCE的成功研發與投產。然而，時至今日，尚未出現規模化的減縮型PCE產品。
難題6：PCE的適應性
雖然PCE在中國減水劑行業的市場佔有率已超過80%，但仍然有些混凝土生產企業無奈地將所使用的PCE更換為萘系減水劑或脂肪族減水劑。究其原因，在於目前的PCE產品在面對不同地域的混凝土原材料時，其適應性難以滿足要求。中國幅員遼闊，PCE的推廣應用者面對全國各地不同的原材料和其他外加劑時，即使利用富有經驗的復配技術，有時仍然束手無策。這些難題主要涉及PCE的適應性。通過神經網絡建立不同種類PCE對各種原材料和其他外加劑的影響模型，可能會對企業在PCE的研發及應用方面大有裨益。
綜上所述，自20世紀80年代誕生以來，PCE雖然已經歷經30餘年的發展，但關於PCE作用機理的研究、PCE新品種的開發以及PCE大規模應用的研究方面仍然有諸多亟待解決的問題。
摘自《混凝土與水泥製品》公眾號