混凝土外加劑已經成為混凝土除水泥、砂子、石子、拌合水以外的重要組成部分。減水劑是在混凝土坍落度基本相同和不影響和易性條件下具有減水、緩凝等優良效果的一種外加劑，同時也有增大混凝土的流變性能或節約水泥用量的作用。在工程中使用減水劑的主要目的是減少混凝土的用水量、降低水灰比、提高混凝土的強度、節約單方水泥用量并改善混凝土的和易性。減水劑的發展過程一般可以分為以下三個階段:以木質素磺酸鈣（木鈣）為代表的第一代普通減水劑。以萘系為代表的第二代高效減水劑階段和以聚羧酸減水劑為代表的第三代高性能減水劑階段[1]。

1、聚羧酸減水劑的分類

基于萘系和蜜胺類減水劑明顯缺陷，便促進了新一代高效減水劑聚羧酸鹽（PCE）研究和發展熱潮。早在1981年日本的Nippon Shokubai就開始研發聚羧酸系高效減水劑，并于1986年率先把產品打入市場。聚羧酸系高效減水劑也進行了一系列的更新換代，按化學成分將其分為以下四類[2]：

（1） 第一代聚羧酸減水劑：甲基丙烯酸甲酯（MPEG）與甲基丙烯酸（MAA）的共聚物，其結構式如圖1A。這種聚合物是由甲基丙烯酸(MAA)和甲基丙烯酸甲酯（所謂MPEG酯）的基本聚合作用產生的。主鏈和支鏈的連接是一種酯鍵。圖2.2為第一代PCE的分子結構。MAA和MPEG酯的典型摩爾比在1.5:1~6:1之間改變，MPEG酯中EO單元的數量在5~130之間。鏈轉移劑硫醇或磺化甲代烯丙基酸可被用來獲得具體的相對分子質量，該相對分子質量對優化性能極其重要；

（2） 第二代聚羧酸減水劑: 丙烯基醚聚合物。與第一代相比其主鏈與側鏈是用一個醚鍵連接起來的。其結構式如圖1 B所示。這類PCE由日本的“日本油脂”首創。它的主要特性是在主鏈和支鏈之間有一個醚鍵。因此，這個聚合物在高pH值和在某些應用過程的高溫中有更好的穩定性。圖2.3給出這類PCE的分子結構。與第一代PCE不同的是依靠摩爾比，有形成集團共聚物的趨勢，第二代醚鍵的PCE是嚴格交替的共聚物，因為丙烯基醚不會使聚合變得均勻；

（3） 第三代聚羧酸減水劑：酰胺，酰亞胺型聚合物。與第二代聚羧酸減水劑相比，側鏈是用EO/PO氮鹵化物接枝到主鏈上的。其結構式如圖1 C所示。酰胺/亞酰胺型PCE。美國的W. R. Grace通過在丙烯酸/甲基丙烯酸或含甲氧基的酯的共聚物上嫁接EO/PO鹵氮化合物(稱為Jeffamines，來自Huntsman，美國)研發了一種新型的PCE。盡管此類PCE比酯型PCE昂貴，但其仍在市場中有一定份額；

（4） 第四代聚羧酸減水劑：兩性型聚羧酸減水劑。其超低的水灰比和高效的分散性能是獨一無二的。其結構式如圖1 D所示。在2002年，瑞士的Sika發明了聚酰胺-聚乙烯乙二醇支鏈的新型高效減水劑。最終結構代表了一種兩性聚合物類型。該聚合物在混凝土水灰比低于0.15時的分散能力是獨一無二的。其代表化學結構在圖2.5中給出。盡管這種PCE是最昂貴的，但其性能也是最優越的。

圖1 四種聚羧酸減水劑的結構

   以上四類聚羧酸減水劑的性能差異比較大，即聚羧酸減水劑的結構對其性能有著非常大的影響。聚羧酸減水劑優勢是減水劑高、流動性好、后期強度大以及使用年限提升等。但是它也有缺點，對水泥的適應性較差，不同廠家生產的水泥可能會有比較大的流動度差異。價格也比較貴，主要想通過復配來優化聚羧酸減水劑的性能，但是與萘系、蜜胺類的相容性又是一個難題。所以要優化聚羧酸減水劑的性能還得從其分子結構入手[3]。由于聚羧酸減水劑具有梳狀結構，能夠隔離水泥顆粒，其分散性能也是第一、二代水泥減水劑所不能比擬的[4]。