一種聚羧酸高性能保坍劑的研制及應(yīng)用

周紅，廖聲金，王偉，胡鐵剛，彭廈

（長沙加美樂素化工有限公司，長沙 410000）

0 引言

綠色混凝土是現(xiàn)代高性能混凝土研究與應(yīng)用非常關(guān)注的一個發(fā)展趨勢[1]?；炷林袚接休^多的粉煤灰、礦粉渣、石灰石粉、沸石粉和偏高嶺土等數(shù)種礦物超細(xì)粉，而礦物超細(xì)粉往往含有較多的活性硅鋁酸鹽，其內(nèi)部孔隙率大，吸附性強(qiáng)，常導(dǎo)致混凝土離析泌水或流動性損失過快等問題。

目前，用來降低坍落度損失的方法主要有：（1）滯水摻法及后摻法；（2）摻外加劑法；（3）造粒法。其中，第1 種方法操作簡單，在混凝土中應(yīng)用較廣泛。但是這種方法的作用有一定的限度，使用上有一定的局限性；第 3 種方法是將減水劑及其載體造成不同粒徑、不同溶解速率的顆粒狀物，摻到新拌混凝土中，形成不同的溶解梯度，使體系中的減水劑始終維持在臨界膠束或準(zhǔn)臨界膠束狀態(tài)，最終使坍落度不損失或損失很小，但其中對粒徑及溶解速率的控制，需要非常精密的設(shè)備，因而設(shè)備成本十分昂貴；第 2 種方法尤其是摻加反應(yīng)型外加劑目前在國外應(yīng)用非常普遍，并取得了良好的效果，在國內(nèi)也受到了外加劑行業(yè)人士的高度關(guān)注，正處于推廣應(yīng)用的關(guān)鍵時期，摻加反應(yīng)型外加劑將成為今后的發(fā)展趨勢。

控制坍落度損失的外加劑中，聚羧酸類作為第三代外加劑具有廣闊的發(fā)展前景，與傳統(tǒng)外加劑相比，聚羧酸類外加劑分散性更好，對環(huán)境友好，分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強(qiáng)，坍落度保持能力也有顯著的提高，因而成為各國研究的熱點(diǎn)[2-4]。

本文以高分子材料分子設(shè)計原理為指導(dǎo)，以綠色化學(xué)為基礎(chǔ)[5]，研究合成了一種聚羧酸高性能保坍劑（Le-su 913），采用異戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸和丙烯酸羥乙酯的混合單體進(jìn)行自由基聚合，所得的醚類聚合物具有很好的坍落度保持性能，能夠較好地解決目前混凝土坍落度損失大的工作性問題。

1 實(shí)驗

1.1 主要實(shí)驗原材料與儀器

實(shí)驗原材料及儀器見表 1～表 3。

表1 制備聚羧酸保坍劑主要實(shí)驗原材料

表2 混凝土性能測試用主要原材料

表3 主要儀器設(shè)備

1.2 聚羧酸高性能保坍劑（Le-su 913）的制備

聚羧酸高性能保坍劑 (Le-su 913) 的制備分兩步完成：

（1）在帶有增力電動攪拌器的三口瓶中加入一定配比的TPEG 和去離子水，將三口瓶置于數(shù)顯恒溫水箱里，設(shè)定溫度為 (58±1)℃，在一定的轉(zhuǎn)速下，使 TPEG 充分溶解，待溫度穩(wěn)定在 58℃ 時加入現(xiàn)配的一定比例的 DE 溶液，均勻攪拌2～3min，設(shè)定溫度為 (60±1)℃。

（2）現(xiàn)配一定比例的 DD、鏈轉(zhuǎn)移劑混合溶液 A，及AA、HEA 混合溶液 B，用恒流泵采取雙滴加的方式滴入三口瓶中，滴加時長為 2.0h，保溫 1h，最后在溶液溫度為50～54℃ 時加入液堿調(diào)節(jié) pH 值至 6.8，得到淺黃色透明液體，即得固含量為 40% 的聚羧酸高性能保坍劑 (Le-su 913)。其合成工藝流程圖見圖 1。

圖1 聚羧酸高性能保坍劑的合成工藝流程

2 性能測試及表征

（1）水泥凈漿流動度、砂漿減水率試驗參照 GB/T8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》，及 GB 8076—2008《混凝土外加劑》，進(jìn)行測試。水灰比為 0.29，減水劑摻量為 0.9%，凈漿試驗均采用中材 P·O42.5水泥；

（2）混凝土坍落度損失及其保持性參照 JC473—2001《混凝土泵送劑》進(jìn)行測試，其中水泥采用中材 P·O42.5 水泥；

（3）不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度參照 GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》進(jìn)行測試，其中水泥采用中材 P·O42.5 水泥；

（4）不同水泥對保坍劑的適應(yīng)性參照 JC473—2001《混凝土泵送劑》進(jìn)行測試。

3 結(jié)果與討論

3.1 Kami 916 水泥凈漿流動度

參照 GB/T8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》中的水泥凈漿流動度測試方法，取流淌部分相互垂直的兩個方向的最大直徑，作為樣品的水泥凈漿流動度。檢測室溫為20℃，結(jié)果見表 4。

表4 Kami 916 凈漿流動度試驗結(jié)果

從表 4 可以看出，對于不同的摻量情況下，1 小時后的水泥凈漿流動度較初始流動度都增大，說明保坍劑具有很好的緩釋效果。

3.2 減水率測試

考察了聚羧酸保坍劑 Le-su913、標(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸減水劑Kami313 以及聚羧酸減水劑和聚羧酸保坍劑混合物的減水性能，結(jié)果見表 5。

表5 減水率測試結(jié)果

由此可見，Le-su 913 具有一定的減水效果，它與 Kami 313 復(fù)配以后，具有協(xié)同效應(yīng)，大大提高了復(fù)合減水劑的減水作用，使高性能減水劑的減水率達(dá)到 28%。

3.3 坍落度損失及強(qiáng)度實(shí)驗結(jié)果

考察了聚羧酸高性能保坍劑對混凝土工作性能的影響，所用混凝土配合比見表 6，性能測試結(jié)果見表 7。

表6 混凝土配合比 kg/m3

表7 Le-su 913 對混凝土性能的影響

由表 7 可以看出，未復(fù)配保坍劑的減水劑減水效果較好，但坍落度損失較大；該聚羧酸高性能保坍劑復(fù)配聚羧酸高性能減水劑后對砂石的粘聚性好，混凝土不出現(xiàn)泌水和離析現(xiàn)象，且具有優(yōu)異的保坍性，抗壓強(qiáng)度也滿足需求；它的保坍性能及強(qiáng)度都優(yōu)于市面的同類型保坍劑。

3.4 聚羧酸高性能保坍劑與水泥的適應(yīng)性

采用 4 種不同水泥，考察了聚羧酸高性能保坍劑與不同水泥的適應(yīng)性?；炷僚浔葹楸?6 所示，外加劑配比為 80%Kami 313＋20% Le-su 913，摻量為 1.8%

由表 8 可見，對于不同的水泥，聚羧酸高性能保坍劑都能表現(xiàn)出良好的保坍性能，3 小時后的坍落度損失小。該保坍劑與不同水泥的適應(yīng)性良好。

表8 Le-su 913 的水泥適應(yīng)性

4 結(jié)論

（1）采用異戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸和丙烯酸羥乙酯的混合單體進(jìn)行自由基聚合，所得的聚羧酸高性能保坍劑具有一定的減水效果，它與聚羧酸高性能減水劑復(fù)合使用時可明顯提高減水率，且保坍性能優(yōu)異。

（2）該保坍劑具有優(yōu)越的保坍性能，與其他聚羧酸減水劑復(fù)配使用，能使混凝土的坍落度保持性能得到極大提高，混凝土 1 小時幾乎無坍落度損失，3 小時后仍具有較好的保坍性能，成功解決了混凝土坍損大的問題。

（3）該保坍劑對不同水泥具有良好的適應(yīng)性。

[1]PLANK J,HIRSCHCH. Impact of Zeta potential of early cement hydration phases on superplasticizer adsorption [J].Cement and Concrete Research,2007,37(4): 537-542.

[2]田培，姚燕，王玲，等．2002-2003 年中國混凝土外加劑現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．國外建材科技，2004,25(4): 92-94．

[3]鄭國鋒，劉永生，魯統(tǒng)衛(wèi)．聚羧酸高效減水劑保坍能力的初步探討[J]．化學(xué)建材，2007,23(1): 50-51．

[4]曾文．摻減水劑泵送混凝土坍落度損失問題的研究[D]．西安：西安冶金建筑學(xué)院，1990．

[5]蔡高．高性能外加劑特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)與作用機(jī)理[J]．混凝土，2005(4): 3-6．