聚羧酸減水劑常溫合成工藝

王軍

【摘要】本文主要探討了混凝土聚羧酸減水劑常溫合成工藝，從高性能減水劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理出發(fā)，以理論為基礎(chǔ)，通過(guò)聚合，并合成出具有梳型分子結(jié)構(gòu)聚羧酸減水劑。就聚羧酸減水劑合成及性能試驗(yàn)進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】聚羧酸；減水率；凈漿流動(dòng)度；強(qiáng)度

引 言

近年來(lái)，混凝土已成為當(dāng)今不可缺少的建筑材料，如何改善混凝土性能，以滿足工程建設(shè)需要，是混凝土技術(shù)人員和使用人員長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。聚羧酸減水劑出現(xiàn)為配制高流動(dòng)性、高耐久性的混凝土，是改善混凝土的工作度，提高混凝土流動(dòng)性，在保持工作性能不變的情況下，減少水泥、用水量提高混凝土強(qiáng)度，在保證滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下，減少單位體積混凝土的水泥用量，節(jié)約水泥；改善混凝土拌合物的可泵性以及其它物理性能。因此混凝土生產(chǎn)企業(yè)在高強(qiáng)混凝土的生產(chǎn)中使用聚羧酸減水劑。

1、發(fā)展過(guò)程

聚羧酸減水劑最早出現(xiàn)在日本，1986年日本觸媒公司第一次取得聚羧酸減水劑專利，從此這種全新的高性能減水劑引起各方重視，國(guó)際上紛紛開(kāi)始了對(duì)聚羧酸減水劑研究。20世紀(jì)90年代，日本開(kāi)始了聚羧酸減水劑的實(shí)際工程應(yīng)用和工業(yè)化生產(chǎn)。北美和歐洲的聚羧酸減水劑的起步落后于日本，2000年以后，北美和歐洲的聚羧酸減水劑進(jìn)入了快速發(fā)展階段。

1998年起我國(guó)開(kāi)始研究聚羧酸減水劑。2001年上海建筑科學(xué)研究院研制成功國(guó)內(nèi)第一例聚羧酸減水劑產(chǎn)品，并于2002年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。從聚羧酸減水劑發(fā)明到現(xiàn)在，聚羧酸減水劑已經(jīng)經(jīng)歷了二十幾年的不斷發(fā)展和改進(jìn)，進(jìn)入21世紀(jì)后由于高性能混凝土概念已經(jīng)廣泛被人們接受，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)耐久性，聚羧酸減水劑也步入快速發(fā)展階段。這類新型的高性能減水劑的性能與以前減水劑相比是如此優(yōu)異，加上其生產(chǎn)和應(yīng)用具有綠色環(huán)保特點(diǎn)，以至于普遍公認(rèn)聚羧酸高性能減水劑是新一代減水劑產(chǎn)品，代表著混凝土外加劑行業(yè)今后的發(fā)展方向。

2、實(shí) 驗(yàn)

2.1 原材料

巰基乙酸，化學(xué)純，分子式C2H4O2S，分子量91.1096，密度1.33g/ml；

丙烯酸， 化學(xué)純，分子式C3H4O2，相對(duì)分子量72.06，相對(duì)密度1.05；

過(guò)氧化氫，分析純，化學(xué)式H2O2，分子量34.01，密度1.13g/ml（20℃）；

TPEG，改性聚醚，分子量2400；

氫氧化鈉，分析純，化學(xué)式NaOH，分子量39.9971，密度2.130 g/cm3；

去離子水，工業(yè)品

維生素C，分析純，分子式C6H8O6，分子量176.12u

AMPS，化學(xué)純，分子式C7H13NO4S，分子量207.24，密度1.45

2.2 主要儀器設(shè)備

（1）玻璃儀器

四口燒瓶、回流冷凝管、容量瓶、錐形瓶、溫度計(jì)等

（2）主要設(shè)備

電動(dòng)攪拌器，江蘇金壇榮華儀器制造有限公司； 分析天平，上海方瑞儀器有限公司；

水泥凈漿攪拌機(jī)，無(wú)錫建儀儀器機(jī)械有限公司；電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱，濟(jì)南電爐烘箱廠

2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.3.1 常溫條件下聚羧酸減水劑合成

往四口燒瓶中加入計(jì)量的去離子水，TPEG改性聚醚，在15-20℃時(shí)同時(shí)滴加丙烯酸和引發(fā)劑水溶液，必須滴加2-3小時(shí)，減慢反應(yīng)速度，提高鏈接質(zhì)量，反應(yīng)結(jié)束。保溫1小時(shí)后，邊攪拌邊加入定量液堿，調(diào)節(jié)PH值，得到聚羧酸減水劑。

2.3.2 產(chǎn)品性能測(cè)試

按照GB/T8077《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中規(guī)定測(cè)定水泥凈漿流動(dòng)度；GB8076《混凝土外加劑》中規(guī)定試驗(yàn)方法測(cè)定混凝土坍落度和混凝土抗壓強(qiáng)度。

3、測(cè)試結(jié)果

3.1 聚羧酸減水劑與水泥的適應(yīng)性能

按照2.3.1試驗(yàn)方法合成自制聚羧酸減水劑，依據(jù)GB/T8077《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中規(guī)定測(cè)定水泥凈漿流動(dòng)度。選用生產(chǎn)中使用的大連長(zhǎng)興島臨港工業(yè)區(qū)天瑞水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5水泥。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：

水灰比 水泥（g） 拌合用水（g） 聚羧酸減水（g） 初始凈漿（mm） 1h凈漿（mm）

0.29 300 87 1.0 290 280

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，聚羧酸減水劑與天瑞水泥有較好的適應(yīng)性。

3.2 聚羧酸減水劑混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)

混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)以生產(chǎn)中常用配合比進(jìn)行試驗(yàn)，在不摻入聚羧酸減水劑和摻量在0.4%聚羧酸減水劑情況下，具體數(shù)值見(jiàn)下表：

用水量/kg 坍落度/mm 抗壓強(qiáng)度/MPa

0h 1h 3d 28d

240 200 165 12.3 31.3

170 230 215 23.7 45.2

從混凝土坍落度看，混凝土用水量240kg沒(méi)有加入聚羧酸外加劑，混凝土坍落度1小時(shí)損失35mm；混凝土用水量175kg加入0.4%聚羧酸減水劑混凝土1小時(shí)損失15mm。從混凝土抗壓強(qiáng)度看加入聚羧酸減水劑的混凝土28d抗壓強(qiáng)度值比不加入聚羧酸的混凝土28d抗壓強(qiáng)度值高13.9MPa。

結(jié) 論

4.1 從上述試驗(yàn)中可以看出，在15-20℃條件下合成聚羧酸減水劑可以用在混凝土中；

4.2 通過(guò)水泥凈漿試驗(yàn)，聚羧酸減水劑與水泥有較好適應(yīng)性；

4.3 聚羧酸減水劑在混凝土中保坍性好，增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度好；

4.4該方法合成聚羧酸減水劑，工藝簡(jiǎn)單，降低成本，減少污染。

參考文獻(xiàn)

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