緩凝型聚羧酸系高性能減水劑合成研究

任元軍，曹玉林，張永東，孟慶全，李智涵，李崗

（淄博海特曼新材料科技有限公司，山東淄博　255000）

緩凝型聚羧酸系高性能減水劑合成研究

任元軍，曹玉林，張永東，孟慶全，李智涵，李崗

（淄博海特曼新材料科技有限公司，山東淄博255000）

夏季混凝土施工和大體積混凝土需要較長(zhǎng)的凝結(jié)時(shí)間。研究了以不同分子質(zhì)量的大單體烯丙基聚氧乙烯醚（APEG）、丙烯酸（AA）、順丁烯二酸（MA）和緩凝型單體（GA）合成緩凝型聚羧酸系減水劑，確定了合成產(chǎn)品的最佳工藝條件為：n（APEG1200）∶n（AA）∶n（MA）∶n（GA）＝1.0∶0.5∶2.0∶0.5；采用引發(fā)劑過(guò)硫酸銨［（NH4）2S2O8］用量為單體總質(zhì)量的2.0%。與市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品相比，合成的緩凝型聚羧酸系減水劑具有明顯的緩凝作用。

聚羧酸系減水劑；凝結(jié)時(shí)間；緩凝型

0　引言

聚羧酸系減水劑具有減水率高、保坍效果好、低碳、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已成為行業(yè)的研究熱點(diǎn)［1-3］。雖然聚羧酸系減水劑具有一定的緩凝作用，但效果較弱，尤其在夏季或大體積混凝土施工時(shí)，仍達(dá)不到使用要求［4］。目前主要通過(guò)在聚羧酸系減水劑中復(fù)配緩凝組分的方法，來(lái)延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間，以保證混凝土的正常施工［5］，但在實(shí)際應(yīng)用中存在摻量大、成本高和兩者相容性差等問(wèn)題。而通過(guò)普通合成方法制備的緩凝型聚羧酸減水劑的效果往往也不理想［6］。

通過(guò)不同分子質(zhì)量的烯丙基聚乙二醇、順丁烯二酸和緩凝單體的共聚反應(yīng)，旨在合成一種具有明顯緩凝作用的聚羧酸系減水劑。這不僅有利于研究開(kāi)發(fā)功能性聚羧酸系減水劑，而且對(duì)于聚羧酸系減水劑的推廣和應(yīng)用都有一定的參考價(jià)值。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1原材料

相對(duì)分子質(zhì)量分別為1200、2400、5000的烯丙基聚氧乙烯醚（APEG1200、APEG2400、APEG5000）：工業(yè)級(jí)，遼寧奧克化學(xué)股份有限公司；順丁烯二酸（MA），分析純，北京華邁科生物技術(shù)有限責(zé)任公司；葡萄糖丙烯酸酯（GA）緩凝單體：自制；丙烯酸（AA）：工業(yè)級(jí)，北京東方丙烯酸公司；過(guò)硫酸銨：分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。

1.2減水劑的合成

向反應(yīng)瓶中加入一定量的APEG、MA和去離子水，升溫至80℃后，開(kāi)始滴加共聚單體溶液A料和引發(fā)劑溶液B料。A料由AA、GA和一定量的水組成，約3.0 h滴加完；B料由（NH4）2S2O8和一定量的水組成，約3.5 h加完。B料加完后，繼續(xù)在該溫度下保溫1.0 h，降溫，加堿調(diào)節(jié)溶液pH值=7左右即為產(chǎn)品。

1.3性能測(cè)試方法

水泥凈漿流動(dòng)度按GB/T 8077—2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，水泥為基準(zhǔn)水泥，W/C=0.29，減水劑摻量為0.12%（折固計(jì)）。

混凝土性能、凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度按GB/T 8076—2008《混凝土外加劑》進(jìn)行測(cè)試。水泥為基準(zhǔn)水泥；砂為Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.7；石子為5～20 mm碎石，其中5～10 mm占40%，10～20 mm占60%。砂率為45%，減水劑摻量為膠凝材料用量的0.30%（折固計(jì)）。

2　結(jié)果與討論

2.1緩凝單體GA用量對(duì)合成減水劑性能的影響

在老年人決定加入該養(yǎng)老機(jī)構(gòu)之前，應(yīng)當(dāng)充分了解老年人的訴求，對(duì)于不同年齡段的老年人入住有不同的方案，一般情況下高齡老年人都是在養(yǎng)老機(jī)構(gòu)照料中過(guò)世的，應(yīng)此在醫(yī)養(yǎng)結(jié)合養(yǎng)老建筑社區(qū)中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)養(yǎng)老設(shè)施軟件配置。針對(duì)高齡老年人不僅要配備護(hù)士、醫(yī)生還應(yīng)當(dāng)配備相對(duì)應(yīng)的護(hù)工，每50位老人之間應(yīng)當(dāng)配備20名護(hù)工，10名護(hù)士、5名醫(yī)生，這樣才能夠?yàn)槔夏耆颂峁﹥?yōu)質(zhì)的服務(wù)。部分老年人可能伴有突發(fā)疾病，為了避免老年人突發(fā)疾病而醫(yī)生護(hù)士卻不能及時(shí)獲知的情況，養(yǎng)老機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)接有通訊設(shè)備，通訊設(shè)備應(yīng)當(dāng)涵蓋到每個(gè)進(jìn)入養(yǎng)老社區(qū)的通道，當(dāng)老年人有緊急需求時(shí)，可以通過(guò)通訊設(shè)備呼叫醫(yī)生或護(hù)士。

在引發(fā)劑（NH4）2S2O8用量為單體總質(zhì)量的3.0%，n（APEG 2400）∶n（AA）∶n（MA）=1.0∶0.5∶2.5的條件下，考察了GA用量對(duì)緩凝型聚羧酸系減水劑性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1　GA用量對(duì)合成減水劑性能的影響

從圖1可以看出，摻減水劑混凝土的終凝時(shí)間隨GA用量的增大而呈現(xiàn)出顯著延長(zhǎng)的趨勢(shì)，表明GA單體對(duì)延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間有顯著的作用。當(dāng)n（GA）∶n（APEG2400）=0.5時(shí)，混凝土的終凝時(shí)間比不加GA的混凝土凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)6 h左右；摻減水劑水泥凈漿的初始流動(dòng)度和1 h保持性也較理想。

2.2APEG分子質(zhì)量對(duì)合成減水劑性能的影響

在引發(fā)劑（NH4）2S2O8用量為單體總質(zhì)量的3.0%，n（APEG）∶n（AA）∶n（MA）∶n（GA）=1.0∶0.5∶2.5∶0.5的條件下，考察APEG分子質(zhì)量對(duì)合成緩凝型聚羧酸減水劑性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2　APEG分子質(zhì)量對(duì)合成減水劑性能的影響

從圖2可以看出，摻減水劑混凝土的終凝時(shí)間隨APEG分子質(zhì)量的增大而縮短。當(dāng)APEG的相對(duì)分子質(zhì)量為1200時(shí)，混凝土的終凝時(shí)間最長(zhǎng)。這是因?yàn)锳PEG的分子質(zhì)量越大，合成減水劑分子結(jié)構(gòu)中側(cè)鏈越長(zhǎng)，凝結(jié)時(shí)間縮短［7］?？紤]到摻減水劑水泥凈漿流動(dòng)度和流動(dòng)度保持性，選擇相對(duì)分子質(zhì)量為1200的APEG為大單體原材料。

2.3MA用量對(duì)合成減水劑性能的影響

在引發(fā)劑（NH4）2S2O8用量為單體總質(zhì)量的3.0%，n（APEG 1200）∶n（AA）∶n（GA）=1.0∶0.5∶0.5的條件下，考察MA用量對(duì)緩凝型聚羧酸系減水劑性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

2.4引發(fā)劑用量對(duì)合成減水劑性能的影響

在n（APEG1200）∶n（AA）∶n（MA）∶n（GA）=1.0∶0.5∶2.0∶0.5條件下，考察引發(fā)劑（NH4）2S2O8用量對(duì)合成緩凝型聚羧酸減水劑性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4?。∟H4）2S2O8用量對(duì)合成減水劑性能的影響

從圖4可以看出，隨著（NH4）2S2O8用量的增大，摻減水劑混凝土的終凝時(shí)間變化較小；摻減水劑水泥凈漿的初始和1 h流動(dòng)度達(dá)到最大值后又變小。當(dāng)（NH4）2S2O8用量為單體總質(zhì)量的2.0%時(shí)，減水劑性能最佳。

2.5混凝土應(yīng)用性能測(cè)試

在n（APEG1200）∶n（AA）∶n（MA）∶n（GA）=1.0∶0.5∶2.0∶0.5，引發(fā)劑（NH4）2S2O8用量為單體總質(zhì)量2.0%的條件下，合成緩凝型聚羧酸系減水劑，并與市售同類產(chǎn)品進(jìn)行比較，混凝土應(yīng)用性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　合成緩凝型聚羧酸減水劑與市售同類產(chǎn)品性能比較

從表1可以看出，本研究合成的緩凝型聚羧酸系減水劑性能明顯優(yōu)于市售同類產(chǎn)品，且具有較佳的混凝土工作性和增強(qiáng)效果。

3　結(jié)論

（1）合成的緩凝型聚羧酸系減水劑的最佳配比為：n（APEG 1200）∶n（AA）∶n（MA）∶n（GA）＝1.0∶0.5∶2.0∶0.5，引發(fā)劑（NH4）2S2O8用量為單體總質(zhì)量的2.0%。

（2）按最佳配比合成的緩凝型聚羧酸系減水劑能改善混凝土的工作性，具有較好的增強(qiáng)效果，并能顯著延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，性能優(yōu)于市售同類聚羧酸系減水劑產(chǎn)品。

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［3］Kavas T，Olgun A，Erdogan Y.Setting and hardening of borogypsum-Portland cement clinker-fly ash blends.Studies on effects of molasses on properties of mortar containing borogypsum［J］. Cement and Concrete Research，2005，35（4）：711-718.

［4］葛兆明.混凝土外加劑［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：31-34，189-200.

［5］劉尊明，逄魯峰.聚羧酸高效減水劑與緩凝劑的復(fù)配研究［J］.混凝土，2009（12）：52-53.

［6］馬保國(guó)，李亮，譚洪波，等.緩凝型聚羧酸減水劑的研究［J］.化學(xué)建材，2008，24（4）：49-51.

［7］李亮，馬保國(guó)，譚洪波，等.聚羧酸減水劑側(cè)鏈結(jié)構(gòu)對(duì)水泥水化影響規(guī)律研究［J］.新型建筑材料，2009（2）：6-8.

Research on synthesis of a set-retarding type polycarboxylate superplasticizer

REN Yuanjun，CAO Yulin，ZHANG Yongdong，MENG Qingquan，LI Zhihan，LI Gang
（Zibo Hitecmen New Material&Technology Co.Ltd.，Zibo 255000，Shandong，China）

The construction of the concrete in summer and the mass concrete need a long setting time.A set retarding-type polycarboxylate superplasticizer was synthesized by different molecular macro-monomer APEG，AA，MA and a set retarding-type monomer（GA）.The experiment results showed that the copolymer had a significant set retarding property when the molar ratio of APEG，AA，MA and GA was 1.0∶0.5∶2.0∶0.5.The initiator agent used was（NH4）2S2O8，which amount was 2.0%of the total monomers. Compared with the like product in the market，the copolymer had an excellent property.

polycarboxylate superplasticizer，setting time，set retarding-type

TU528.042.2

A

1001-702X（2015）09-0012-03

2015-03-20；

2015-05-04

任元軍，男，1987年生，山東淄博人，助理工程師，從事混凝土外加劑研究工作。