聚羧酸減水劑的降黏性能研究

王紹華，馮中軍，傅樂峰

（1.上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海 200232；2.上海建筑外加劑工程技術研究中心，上海 200232）

聚羧酸減水劑的降黏性能研究

王紹華1，2，馮中軍1，2，傅樂峰1，2

（1.上海三瑞高分子材料股份有限公司，上海 200232；2.上海建筑外加劑工程技術研究中心，上海 200232）

從分子結構設計出發(fā)，研究了大單體種類、側鏈長度和功能單體對合成的減水劑降黏性能的影響。研究結果表明，采用HPEG合成的減水劑降黏性能優(yōu)于TPEG；側鏈長度不同時，側鏈長度較短的聚醚合成的減水劑降黏效果更佳；以丙烯酸乙酯為功能單體，AA和HPEG1200為原料合成的減水劑降黏效果最好。

大單體種類；側鏈長度；功能單體；降黏

隨著混凝土技術的發(fā)展，高標號混凝土在工程中的應用日益廣泛。高標號混凝土通常通過降低水膠比來獲得超高的強度和耐久性能，其在高鐵、橋梁、大壩和航空航天建筑中的應用已趨廣泛[1-3]。高標號混凝土雖然具有較好的力學性能，但配制的混凝土往往存在黏度大、流速慢的問題，不利于混凝土的運輸和施工，因此對配制混凝土的建筑外加劑提出了更高的要求。

聚羧酸減水劑是最新一代的建筑外加劑，其高減水率、高保持性能，為混凝土高強高性能提供了保障[4-6]。聚羧酸減水劑最大的特點是分子結構的可塑性，可通過優(yōu)化主鏈結構、側鏈長度、接枝密度以及官能團種類[7-10]來獲得預期性能。

本文從分子結構設計出發(fā)，優(yōu)選大單體種類、側鏈長度和功能單體，采用氧化還原體系合成了一系列減水劑，研究了合成的減水劑對配制的混凝土黏度的影響。

1 試驗

1.1 原材料

醚類大單體，TPEG2400、TPEG1200、HPEG2400、HPEG-1200，工業(yè)級，奧克化學股份有限公司；單體丙烯酸（AA），分析純，上海凌峰化學試劑有限公司；功能單體丙烯酸乙酯（EA），化學純，上海凌峰化學試劑有限公司；功能單體丙烯酸羥乙酯（HAD）、功能單體馬來酸酐（MA）、3-巰基丙酸（3-MPA）、L-抗壞血酸（Vc），化學純，國藥集團化學試劑有限公司；雙氧水，化學純，35%，上海凌峰化學試劑有限公司；高性能聚羧酸減水劑SP-1和通用型聚羧酸減水劑SP-2，均來自市售。

1.2 性能評價材料

水泥：南方P·O42.5水泥，化學成分見表1；砂：閩江河砂，細度模數(shù)2.7；石：5～25 mm連續(xù)級配碎石。

表1 水泥的化學成分 %

1.3 減水劑合成

在配備有攪拌器、溫度計、滴加裝置、冷凝器的2000 ml四口燒瓶中加入大單體和部分去離子水，攪拌升溫至反應溫度。加入引發(fā)劑雙氧水5 min后，同時滴加還原劑溶液（由L-抗壞血酸、3-巰基丙酸溶于部分去離子水中得到）和單體水溶液（由單體溶于部分去離子水中得到）。滴加結束后，保溫60 min以上，使聚合反應完全。然后降溫至50℃以下時加入氫氧化鈉水溶液，調節(jié)pH值至6.5～7.5，得到聚醚型高性能減水劑。

1.4 試驗方法

合成的減水劑采用砂漿V型漏斗流空時間來評價樣品對黏度的影響。砂漿配合比：水泥756g，砂1719.9g。V型漏斗上部直徑11.8cm，下部直徑1.6cm，體積約390ml。測試時，漏斗固定于支架上，底部離地約50 cm，用手先堵住漏斗下部，將拌好的砂漿裝滿漏斗并用抹刀抹平，松開漏斗下部并同時用秒表測量漏斗內砂漿流空的時間。為排除流動度、含氣量對流空時間的影響，測試時調整減水劑的摻量，并加入大量消泡劑，使各樣品的流動度和含氣量接近一致。砂漿擴展度和含氣量參照GB 50119—2013《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》進行測試?；炷列阅茉u價采用C60配合比：水泥425 kg/m3，砂910 kg/m3，碎石910 kg/m3，礦粉110 kg/m3，水膠比0.28。按照GB 8076—2008《混凝土外加劑》測試混凝土的坍落度、擴展度等基本性能，混凝土黏度測試采用倒坍落度流秒來進行表征。

2 實驗結果與討論

2.1 大單體種類對降黏性能的影響

選擇應用廣泛的醚類大單體TPEG2400、HPEG2400和丙烯酸以4∶1的酸醚比制備減水劑PCE-TPEG2400和PCEHPEG2400，研究了2種大單體合成的減水劑對砂漿黏度的影響，結果如表2所示。

表2 不同聚醚單體合成減水劑的砂漿流空時間

從表2可以看出，達到相同的擴展度時，PCE-TPEG2400的摻量更低，其分散性能更好。在含氣量和流動度一致的情況下，采用HPEG制備的減水劑流空時間比采用TPEG合成的減水劑短，說明在側鏈長度相同時，HPEG2400比TPEG2400具有更好的降黏效果。

2.2 側鏈長度對降黏性能的影響

選取側鏈長度不同的TPEG、HPEG聚醚單體和丙烯酸合成了一系列減水劑，樣品的合成信息如表3所示，并對樣品在砂漿中的流空時間進行了測試，測試時通過調整減水劑的摻量，使初始流動度、含氣量基本相同，結果如圖1所示。

表3 不同側鏈長度合成的減水劑樣品

圖1 不同側鏈長度樣品砂漿的流空時間和擴展度

從圖1可以看出，初始流動度接近的情況下，采用相對分子質量為1200的聚醚單體合成的減水劑，其流空時間要明顯縮短，這說明采用側鏈長度更短的聚醚單體，其合成的減水劑降黏性能更佳。此外，采用HPEG1200制備的減水劑流空時間比采用TPEG1200合成的減水劑短，這與之前結論相符，HPEG比TPEG降黏效果更佳。

2.3 功能單體種類對降黏性能的影響

采用HPEG1200和AA為原料，研究了丙烯酸乙酯（EA）、丙烯酸羥乙酯（HAD）和馬來酸酐（MA）為功能單體時，合成的減水劑對降黏效果的影響。合成的樣品如表4所示，樣品的測試結果如圖2所示。

表4 不同功能單體合成減水劑樣品

從圖2可以看出，以馬來酸酐為功能單體合成的減水劑與不含馬來酸酐合成的PCE-HPEG1200樣品相比，砂漿流空時間延長，說明馬來酸酐單體對降黏性能沒有作用。而以丙烯酸乙酯和丙烯酸羥乙酯作為功能單體合成的減水劑，砂漿流空時間有所縮短，其中，采用丙烯酸乙酯為功能單體合成的減水劑流空時間最短，降黏效果最好。這可能與單體的親疏水性有關，相對于丙烯酸羥乙酯和馬來酸酐，丙烯酸乙酯的疏水性更強，使得合成的減水劑親疏水比例更適宜，從而增強表面活性效果，降低水泥漿拌合物的黏度。

圖2 不同功能單體合成減水劑的砂漿流空時間和擴展度

3 混凝土性能測試

將合成的降黏減水劑PCE-EA與市售的聚羧酸減水劑SP-1和SP-2在C60混凝土中進行了性能對比，測試結果如表5所示。

表5 合成降黏型減水劑和市售產品性能對比

從表5可以看出，合成的降黏型減水劑PCE-EA與市售產品相比，在和易性和流空時間方面具有明顯的優(yōu)勢，降黏性能優(yōu)良。

4 結論

（1）采用氧化還原體系合成減水劑，研究了大單體種類和側鏈長度對合成減水劑降黏性能的影響。研究結果表明，采用HPEG合成的減水劑降黏效果優(yōu)于TPEG；側鏈長度不同時，較短側鏈合成的減水劑降黏效果更佳。

（2）以HPEG1200和AA為原料，研究了采用功能單體丙烯酸乙酯、丙烯酸羥乙酯和馬來酸酐合成的減水劑對降黏性能的影響。結果表明，以AA、HPEG1200和丙烯酸乙酯為原料合成的降黏型減水劑，能顯著降低高標號混凝土的黏度，提高混凝土的和易性與流速，降黏性能優(yōu)于目前市售產品。

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Research on the viscosity-reduction property of polycarboxylate water reducer

WANG Shaohua1，2，F(xiàn)ENG Zhongjun1，2，F(xiàn)U Lefeng1，2
（1.Shanghai Sunrise Polymer Material Co.Ltd.，Shanghai 200232，China；2.Shanghai Engineering Research Center of Construction Admixtures，Shanghai 200232，China）

Based on the molecular structure design，the influence of macromonomer types，side-chain length and functional monomer on viscosity-reduction property of polycarboxylate water reducer were investigated.Results show that HPEG type water reducer has better viscosity-reduction property than TPEG type water reducer.When the side chain length was different，water reducer with short side-chain length have better viscosity-reduction effects.The viscosity-reduction property of synthetic water reducer is superior to general commercial products when using the ethyl acrylate as the functional monomer，acrylic acid（AA）and HPEG1200 as raw material to prepare polycarboxylate water reducer.

macromonomer types，side-chain length，functional monomer，viscosity-reduction

TU528.042.2

A

1001-702X（2016）08-0042-03

2016-01-13；

2016-03-16

王紹華，男，1986年生，湖南新田人，碩士，研究方向為建筑外加劑的開發(fā)。