高減水型改性醚類聚羧酸減水劑的試驗研究

陳超，廖聲金，郎春林

（長沙加美樂素化工有限公司，湖南 長沙410000）

0 引言

聚羧酸減水劑作為新一代的減水劑產(chǎn)品，與傳統(tǒng)萘系相比具有摻量低、減水率高、保坍性好、引氣適中等特點，目前市場占有率正逐步增加。本文以丙烯酸、甲基丙烯磺酸鈉、改性聚醚等原料合成了一種高減水型聚羧酸減水劑，該產(chǎn)品較市面上聚羧酸減水劑產(chǎn)品減水率更高，性價比優(yōu)異。

1 實驗部分

1.1 原材料及儀器

改性聚醚（TPEG），工業(yè)級；丙烯酸（AA），工業(yè)級；甲基丙烯磺酸鈉（MAS），工業(yè)級；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS），工業(yè)級；恒溫水浴鍋；恒流泵；攪拌器；四口燒瓶等。

1.2 減水劑的合成

AMPS 與MAS 投入備好底水的四口燒瓶中于一定溫度下加入活性劑聚合，一定時間后加入改性聚醚于四口燒瓶中，于一定溫度下攪拌溶解，升溫至反應溫度后投入一定量的引發(fā)劑，并滴加AA 與分子量調(diào)節(jié)劑。滴加完成后保溫1h 老化，反應結束，于50℃下加入液堿中和至中性。

1.3 減水劑性能測試

（1）水泥凈漿流動度測試及膠砂流動度測試，參見GB/T 8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性實驗方法》進行實驗。

（2）混凝土性能測試，參見GB 8076-2008《混凝土外加劑》進行實驗。

2 結果與討論

2.1 水泥凈漿流動度實驗

表1為萘系與市售聚羧酸減水劑與本工藝合成品的水泥凈漿流動度對比實驗，其中本實驗所采用的水泥為中材P·O42.5水泥。

表1 水泥凈漿流動度對比實驗

表1可以看出，萘系減水劑摻量大，且流動性隨時間延長而減??；市面對比產(chǎn)品相較萘系減水劑的水泥凈漿流動度有很大提高，但本工藝合成品凈漿流動度較前兩種樣品均有提升，且60 分鐘后仍略有增加。

2.2 膠砂流動度對比試驗

表2為萘系與市售聚羧酸減水劑與本工藝合成品的膠砂流動度對比實驗，其中本實驗所采用的水泥為中材P·O42.5 水泥，基準砂。

表2 膠砂流動度對比實驗

由表2可以看出萘系減水劑膠砂流動度初期不大且損失很快，經(jīng)過一小時后已經(jīng)沒有流動度；市售聚羧酸減水劑有較高的減水率且經(jīng)時損失均勻，在一小時后仍有一定流動度；本工藝合成減水劑減水率有所提高，且一小時后比市面的聚羧酸減水劑略高。

2.3 混凝土減水率及強度實驗

表3為萘系減水劑與市售減水劑及本工藝合成品的減水率對比實驗，混凝土配合比為C 290 ：F 60 ：G 1085 ：S 785 ：W 165。

表3 混凝土減水率及抗壓強度對比實驗

本實驗采用材料分別為中材P·O42.5 水泥、河砂、卵石，礦物摻合料包括粉煤灰、礦粉等。由表3可見本工藝合成品減水率明顯高于萘系及市售產(chǎn)品，性能優(yōu)異。

2.4 混凝土坍落度損失對比實驗

表4為萘系減水劑與市售減水劑及本工藝合成品的減水率對比實驗，混凝土配合比為C 290 ：F 60 ：G 1085 ：S 785 ：W 165。由表4可見本工藝合成的減水劑坍落度損失與市面減水劑相差不大。

表4 混凝土坍落度損失對比實驗

3 合成背景及作用機理分析

研究表明，聚羧酸減水劑是一種分子結構為梳型、可由帶羧酸鹽基 （—COOH）、磺酸鹽基（—SO3）、聚氧乙烯側鏈基（PEO）的單體以一定的比例在水溶液中聚合所得的產(chǎn)物。其特點是主鏈為帶多個極性較強基團疏水性短主鏈，側鏈帶較多親水性基團的長側鏈?，F(xiàn)今研究中也多采用MAS、AMPS 等制備聚羧酸減水劑。然此方法多見于單體為聚醚APEG 及MPEGMA中，在改性聚醚中并不常見。本合成研究表明，在現(xiàn)今主流產(chǎn)品TPEG 中加入一定比例的MAS、AMPS，并佐以一定的反應方式下，合成的改性醚類聚羧酸減水劑具有較高的減水效果及較小的坍落度損失，在當今市場應用中體現(xiàn)出很高的優(yōu)勢。

分析其作用機理如下：磺酸基為帶有負電的活性基團，在與水泥顆粒作用時能包裹于水泥顆粒表面，起到靜電排斥的作用，使水泥顆粒分散開來，從而提高分散性；AMPS 本身帶有磺酸基且易形成長側鏈提供空間位阻作用，有利于水泥顆粒之間的隔離；同時改性聚醚本身優(yōu)越的減水與保坍性及較高的反應活性，使得幾種發(fā)揮減水作用的基團的性能得以體現(xiàn)；通過兩步聚合，即先合成長側鏈的方式，使得側鏈的長度及穩(wěn)定性更能滿足性能需求的同時，提高了轉(zhuǎn)化率。由以上幾種因素共同促進了本合成減水劑減水率的較大提升。

4 總結與結論

實驗表明本工藝合成的聚羧酸減水劑具有較高的減水率，相比萘系及市售聚羧酸減水劑具有較大的優(yōu)越性，在凈漿、砂漿及混凝土中都有很好的體現(xiàn)，且本工藝合成品坍落度損失不大，性價比優(yōu)異。

5 展望

聚羧酸減水劑作為現(xiàn)今發(fā)展前沿的減水劑品種，其合成路線的研究有著廣闊的背景。學者可嘗試不同途徑及方法開發(fā)出具有特色的減水劑產(chǎn)品，以滿足現(xiàn)在日益高漲的市場需求。冬季溫度較低，萘系減水劑因為其結晶問題將逐漸淡出冬季市場，聚羧酸減水劑將廣泛應用。但是聚羧酸減水劑因為羧基的緩凝效果，在冬季應用存在著凝結時間等一些列問題，同時成本問題也不可忽視，這些都將成為研究方向得以突破。