抗泥保坍劑的制備及性能研究

鄧 磊（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

抗泥保坍劑的制備及性能研究

鄧 磊（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

本文采用異戊烯基聚氧乙烯基醚(TPEG)、丙烯酸(AA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)及白糖為原材料，在引發(fā)劑作用下，以較低溫度(40~45℃)合成一種抗泥型聚羧酸保坍劑。研究發(fā)現(xiàn)，白糖取代8%的聚醚參與反應(yīng)時(shí)所得到的抗泥保坍劑性能最好。并對(duì)該合成樣品進(jìn)行了多種檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和FT-IR、GPC等結(jié)構(gòu)表征。該合成樣品具有成本低、抗泥性及保坍性好等優(yōu)點(diǎn)。

聚羧酸；白糖；抗泥性；紅外光譜

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，新型聚羧酸減水劑在我國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但由于部分地區(qū)的商品預(yù)拌混凝土中砂石含泥量較高，導(dǎo)致混凝土施工性能不良，耐久性變差等問(wèn)題，容易引起工程質(zhì)量事故。當(dāng)混凝土中含泥量達(dá)到一定程度時(shí)，聚羧酸減水劑呈現(xiàn)出減水率降低、坍落度損失快等現(xiàn)象，并且一定程度上影響混凝土的后期性能[1]。

目前，學(xué)術(shù)界認(rèn)為泥影響聚羧酸減水劑分散性能的原因在于泥的顆粒較細(xì)，具有較大的比表面積，對(duì)聚羧酸減水劑具有強(qiáng)烈的吸附作用，在混凝土拌合過(guò)程中吸附了大量聚羧酸減水劑，導(dǎo)致水泥顆粒吸附聚羧酸減水劑的有效量降低[2-3]。現(xiàn)在一般采用沖洗混凝土骨料或提高聚羧酸減水劑摻量作為常用解決手段。但沖洗易造成環(huán)境污染、損害砂的良好級(jí)配，更不利于有效控制混凝土的水灰比，同時(shí)也提高了混凝土的生產(chǎn)成本[4]；提高聚羧酸減水劑的摻量的同時(shí)也提高了混凝土的生產(chǎn)成本，還增加了其他生產(chǎn)工藝的麻煩。

基于以上泥對(duì)混凝土使用過(guò)程中所造成的損失快問(wèn)題及前人的一些研究，從聚羧酸減水劑本身出發(fā)，開(kāi)發(fā)一種抗泥性能良好的聚羧酸保坍劑在預(yù)拌混凝土行業(yè)中大力推廣與應(yīng)用具有重要意義。

為了解決以上含泥量高混凝土坍損快問(wèn)題，在我們之前研究的基礎(chǔ)上，我們采用異戊烯基聚氧乙烯基醚(TPEG)、丙烯酸(AA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)及白糖為原材料進(jìn)行反應(yīng)。白糖來(lái)源廣泛，價(jià)格也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聚醚，在混凝土拌制過(guò)程中不僅能作為緩凝劑，而且還具有保坍作用，其類似于減水劑的多羥基結(jié)構(gòu)對(duì)提高聚羧酸的抗泥性能具有重要作用。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 樣品的合成

向裝有攪拌器的單口瓶中加入一定量的去離子水，丙烯酸(AA)和一定量白糖在40~45℃攪拌30min，冷卻至室溫后加入丙烯酸羥乙酯(HEA)得A料。當(dāng)溫度穩(wěn)定在40~45℃時(shí)，向裝有聚醚溶液的四口燒瓶中加入雙氧水溶液(27%)，均勻攪拌5min，再分別滴加預(yù)先準(zhǔn)備好的A料和B料(TGA與Vc混合溶液)，A料3h滴加完，B料3h10min滴加完。滴加完成后，恒溫反應(yīng)1h，即得抗泥保坍劑母液(即本產(chǎn)品Point-T)。

1.2 砂含泥量的測(cè)定（亞甲藍(lán)法）

稱取試樣砂(已用1.25mm方孔篩篩分)200g(m1)置于容器中，并注入飲用水(m2)，使水面高出砂面150mm。充分拌勻后，浸泡24h，然后用手在水中碾碎泥塊，再把試樣放在公稱直徑630um的方孔篩上，用水淘洗至水清澈；將保留下來(lái)的試樣從篩里取出，裝入水平淺盤后置于105℃左右的烘箱中烘干至恒重，冷卻后稱重(m3)，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 機(jī)制砂亞甲藍(lán)實(shí)驗(yàn)

取兩組數(shù)據(jù)的計(jì)算平均值得青泥砂含泥量2.0%，黃泥砂含泥量1.8%，黑泥砂含泥量2.1%。

1.3 水泥凈漿和混凝土性能的測(cè)定

水泥選用紅獅P.O42.5水泥；砂石材料為貴州本地產(chǎn)機(jī)制砂石、青泥砂、黃白砂和黑泥砂，細(xì)度模數(shù)2.7-3.1；5-20mm連續(xù)級(jí)配碎石；按照GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中測(cè)定水泥凈漿流動(dòng)度的方法進(jìn)行測(cè)定。其中水灰比為0.29，聚羧酸保坍劑摻量為1.0%。將樣品配制成固含量為9%的外加劑溶液，參照GB 8076-2008《混凝土外加劑》進(jìn)行C30混凝土性能實(shí)驗(yàn)，混凝土配比見(jiàn)表2。

表2 混凝土試驗(yàn)配合比(Kg/m3)

2 結(jié)果與討論

2.1 聚羧酸保坍劑對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

選取幾個(gè)典型的市售抗泥保坍劑作標(biāo)樣，分別為重慶公司H17抗泥保坍劑、廈門研發(fā)S091抗泥保坍劑、廈門研發(fā)S10A抗泥保坍劑以及科隆阻泥保坍劑H1，本產(chǎn)品Point-T作參比樣，紅獅P.O 42.5水泥，做水泥凈漿實(shí)驗(yàn)。通過(guò)測(cè)定1h水泥凈漿流動(dòng)度來(lái)比較市售抗泥保坍劑和本產(chǎn)品Point-T的保坍性能，具體結(jié)果見(jiàn)表3所示。

表3 水泥凈漿對(duì)比試驗(yàn)

表4 混凝土測(cè)試結(jié)果

表3為未摻加保坍劑、摻加重慶公司H17抗泥保坍劑、廈門研發(fā)S091抗泥保坍劑、廈門研發(fā)S10A抗泥保坍劑、科隆阻泥保坍劑H1作標(biāo)樣和本產(chǎn)品Point-T的水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果。由表3可得：未摻加減水劑的空白試樣及摻保坍劑的試樣均無(wú)水泥凈漿初始流動(dòng)度；60min后，摻抗泥保坍劑的水泥凈漿均有明顯流動(dòng)度，且本產(chǎn)品Point-T在等含固等摻量條件下較市售抗泥保坍劑具有更好的流動(dòng)性。從凈漿結(jié)果上看，本產(chǎn)品Point-T的保坍性能優(yōu)于市售產(chǎn)品。

2.2 聚羧酸保坍劑的混凝土性能測(cè)試

從表4可知：摻抗泥保坍劑的混凝土試樣其初始、經(jīng)時(shí)1h的坍落度和擴(kuò)展度損失、混凝土試塊強(qiáng)度及凝結(jié)時(shí)間均優(yōu)于空白樣品；與各標(biāo)樣相比，摻本產(chǎn)品Point-T的混凝土初始坍落度及初始擴(kuò)展度較大，且一個(gè)小時(shí)后，經(jīng)時(shí)流動(dòng)度損失較??；六組試配混凝土的含氣量相差不大；本產(chǎn)品Point-T的混凝土試樣各齡期的抗壓強(qiáng)度均大于各標(biāo)樣；凝結(jié)時(shí)間較各標(biāo)樣延長(zhǎng)了1-2h。通過(guò)混凝土我們可以看出，等摻量等含固量條件下，本產(chǎn)品Point-T的初始流動(dòng)度明顯大于市售其他抗泥保坍劑產(chǎn)品，即同摻量同含固量條件下，本產(chǎn)品Point-T抵抗泥土吸附的能力明顯優(yōu)于市售抗泥保坍劑。1h后混凝土流動(dòng)度損失較小，保坍性較好。

2.3 抗泥保坍劑結(jié)構(gòu)表征

2.3.1 GPC分析

本產(chǎn)品Point-T數(shù)均分子量Mn較某市售抗泥保坍劑高(表5)，分子量分布指數(shù)(PDI)較市售抗泥保坍劑窄，但本產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率略低于市售抗泥保坍劑，為91.60%。

表5 保坍劑GPC數(shù)據(jù)對(duì)比

2.3.2 紅外光譜分析

圖1 本產(chǎn)品Point-T的紅外光譜測(cè)試圖

合成的抗泥保坍劑Point-T的紅外光譜如圖1所示。從圖中可看出，-OH的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰在3110cm-1~3660cm-1。-COONa中 -C=O-的 伸 縮 特征峰為1640cm-1。1732cm-1為酯基中-C=O-的伸縮振動(dòng)吸收峰，這表明聚合物中酯基的存在。2871cm-1，1455cm-1，1352cm-1為-CH-、-CH2-的特征吸收峰，1109cm-1是聚合物中醚鍵-C-O-C-的特征吸收峰，這也表明了聚合物中聚醚單元的存在。

3 結(jié) 語(yǔ)

1) 本文使用異戊烯基聚氧乙烯基醚(TPEG)、丙烯酸(AA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)及白糖等為原材料，在較低溫度(40~45℃)合成抗泥型聚羧酸保坍劑。此抗泥保坍劑具有良好的抗泥性及保坍性。

2) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用白糖取代10%的聚醚參與反應(yīng)時(shí)，所得聚合物在混凝土中的分散性能較差。取代率為8%時(shí)，所得聚合物抗泥性及保坍性均較好，按目前聚醚(TPEG)11500元/噸，白糖5000元/噸的單價(jià)算，單噸聚醚消耗減少520元，極大地降低了合成成本；更為重要的是，白糖的多羥基結(jié)構(gòu)在混凝土中，也可被比表面積較大的泥土顆粒吸附，白糖分子占據(jù)了泥土顆粒表面一定的吸附位點(diǎn)后，減少了泥土顆粒對(duì)聚羧酸的吸附而起到抗泥作用。

3) 從GPC可看出其分子量大，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高。紅外光譜測(cè)定，可得出合成樣品具有聚氧乙烯基、羥基、羧基及酯基等官能團(tuán)。

[1]桓勇,馬保國(guó).不同含泥量對(duì)兩類減水劑性能影響規(guī)律研究.商情,2012(44).

[2]王林,王棟民,包文忠.粘土對(duì)聚幾酸減水劑性能的影響及機(jī)理研究.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2013(8).

[3]潘子驥,卞榮兵,金兔紅,劉丙柱,富揚(yáng).具有抗泥功能混凝土外加劑的制備與評(píng)價(jià).“科隆杯”外加劑征文集,322-326.

[4]馬永貴,韓青峰.抗泥型聚羧酸系減水劑的合成及在混凝土中的應(yīng)用.水電水利技術(shù),2016(47):59-62.

Research on synthesis and performance of polycarboxylate slump-retaining agent with highly anti-mud ability

A new kind of polycarboxylate slump-retaining agent with highly anti-mud ability was synthesized by reaction of methyl allylpolyethenoxy (TPEG),acrylic acid(AA), hydroxyethyl acrylate(HEA) with sucrose in the presence of initiator at low temperature (40-45 centigrade).The results showed that the performance of polycarboxylate slump-retaining agent with highly anti-mud ability produced by the reaction was optimal when 8% of methyl allylpolyethenoxy (TPEG) was replaced by sucrose.The synthesized samples were used to carry out test experiments and the structural characterization of FT-IR,GPC etc. Also,it has low cost,highly anti-mud ability and highly slump-retaining effect.

polycarboxylate；sucrose；anti-mud ability；FT-IR

TU528 O42.2

B

1003-8965(2017)05-0074-02

鄧?yán)?，男，碩士，工程師，貴州科之杰新材料有限公司研發(fā)工程師兼技術(shù)主辦，主要從事混凝土外加劑的研發(fā)與應(yīng)用。