緩釋聚羧酸高效減水劑的合成與應(yīng)用

江西省萍鄉(xiāng)市聯(lián)友建材有限公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000

1 前言

從聚羧酸減水劑被指定為鐵路工程專用的混凝土外加劑，更是極大的促進(jìn)了聚羧酸減水劑的推廣與應(yīng)用。聚羧酸減水劑具有更多優(yōu)點(diǎn)，如摻量低，減水率高，適應(yīng)性較好等。但在實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中，常因水泥的品種與細(xì)度.砂石料級(jí)配以及隨著混凝土原材料品質(zhì)的波動(dòng)等導(dǎo)致混凝土的工作性能會(huì)表現(xiàn)出明顯的起伏，其坍落度損失問(wèn)題是明顯現(xiàn)象。本文從聚羧酸高性能減水劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理著手，引用具有緩釋功能基團(tuán)，以甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸（AA）、和一種帶有雙鍵的酯為主要原料構(gòu)成緩釋體系，進(jìn)而對(duì)該緩釋體系進(jìn)行優(yōu)化，最終得到性能優(yōu)良的緩釋聚羧酸高效減水劑。緩釋聚羧酸高效減水劑具有緩慢釋放其分散作用的特性，達(dá)到使混凝土的流動(dòng)性后期增大保持的效果，可以避免運(yùn)輸途中造成的混凝土坍落度損失過(guò)快現(xiàn)象。結(jié)果表明LY-6 的減水率和保坍性能能逐步提高，以及有緩釋的效果。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)原料、儀器

試驗(yàn)原料：甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸（AA）、不飽和雙鍵酯、氧化劑，相對(duì)分子量調(diào)節(jié)劑，VC；

試驗(yàn)儀器：四口燒瓶、溫度計(jì)、攪拌器、蠕動(dòng)泵、攪拌機(jī)等。

2.2 試驗(yàn)方法

先將一定量的TPEG 與去離子水加入燒瓶中，攪拌升溫到指定溫度。首先加入氧化劑的水溶液，然后開(kāi)始滴加丙烯酸AA和酯的水溶液與調(diào)節(jié)劑和VC 的水溶液，AA 和酯的水溶液滴加3h，調(diào)節(jié)劑和VC 的水溶液滴加3.5h，保溫老化1.5h，用30%氫氧化鈉溶液中和到pH 為6～7，即得緩釋聚羧酸高效減水劑母液。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 丙烯酸的用量對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響

圖1 酸的用量對(duì)減水劑分散性能的影響

在緩釋聚羧酸高效減水劑分子結(jié)構(gòu)中，羧基有利于提高減水率，在其他組分不變的情況下，改變丙烯酸的的用量，考察了丙烯酸的物質(zhì)的量對(duì)水泥分散性的影響，結(jié)果如圖1 所示。

聚醚和酸基是聚羧酸減水劑的主要組成部分，聚醚起到空間位阻效應(yīng)，延長(zhǎng)水泥粒子水化時(shí)間，而酸基起到吸附水泥粒子的作用，從而延長(zhǎng)水化時(shí)間。隨著酸醚比的增大，初始凈漿與1h 和2h 都是先增大后減小，當(dāng)酸基摩爾比是3 的時(shí)候，兩者值最大。實(shí)驗(yàn)證明由于酸醚比較小時(shí)，酸基團(tuán)在減水劑分子主鏈上的比例較小，吸附水泥的效果很差，使減水劑不能及時(shí)地包裹水泥顆粒，導(dǎo)致凈漿流動(dòng)度差；而酸醚較大時(shí)，聚醚基團(tuán)在主鏈上比例較小，不能較好地起到減水的作用，導(dǎo)致凈漿流動(dòng)度差，所以當(dāng)酸醚量之比為3 時(shí)，減水劑的性能最優(yōu)。

3.2 不飽和雙鍵酯的用量對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響

緩釋聚羧酸里含有一種帶有雙鍵的酯，以這種酯為主要原料構(gòu)成緩釋體系，從而對(duì)該緩釋體系進(jìn)行改良，改變酸酯的用量對(duì)聚羧酸減水劑分散性和緩釋性的影響。

如圖2 所示，隨著酯的用量增大，分散性和緩釋性都增大，當(dāng)酯與醚的摩爾比為3.5 時(shí)，其效果最佳，再增大，分散性和緩釋能力的效果反而更差。分析認(rèn)為這是由于酯醚較小時(shí)，酯基水解的程度不夠，分散性和緩釋受影響；當(dāng)酯醚比較大時(shí)，分子側(cè)鏈太密，影響了羧基在主鏈上的比例，減水和緩釋都受影響。所以要有良好的分散性和緩釋效果，酯與醚的摩爾比為3.5 時(shí)，分散和緩釋效果最佳。

圖2 酯的用量對(duì)減水劑緩釋性能的影響

3.3 引發(fā)體系對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

引發(fā)劑是減水劑合成中必要的因素，種類和用量大小連系著減水劑的分子質(zhì)量及主鏈的長(zhǎng)度，適合的主鏈長(zhǎng)度才能使減水劑充分發(fā)揮作用。

圖3 引發(fā)劑種類及用量對(duì)減水劑分散性能的影響

如圖3 所示，兩種引發(fā)劑及用量對(duì) LY-6 分散性和緩釋性能的影響［1］。根據(jù)引發(fā)劑的溫度不同，兩種引發(fā)劑選擇分別在75℃和60℃下進(jìn)行，用量以氧化劑占單體的總摩爾分?jǐn)?shù)計(jì)。從圖3 中可以看出，采用兩種引發(fā)體系合成的LY-6 都具有優(yōu)良分散和緩釋的性能，但（VH 引發(fā)體系更好。選擇Vc 與H2O2物質(zhì)的量之比為1：4.5，當(dāng)Vc 的用量為1%時(shí)，凈漿流動(dòng)度達(dá)到最大，緩釋也最大，隨著Vc 用量增大，凈漿流動(dòng)度反而減小，因此，優(yōu)選在LY-6 合成中優(yōu)選VH 體系，Vc 用量為單體總物質(zhì)的量的1%。

3.4 反應(yīng)溫度凈漿流動(dòng)度的影響

當(dāng)酸醚的量之比為3，酯醚的量之比為3.5，引發(fā)劑用量為聚合單體的3.0 時(shí)，反應(yīng)溫度改變。反應(yīng)溫度對(duì)自由基的合成速率有較大的影響，因而對(duì)聚合反應(yīng)也產(chǎn)生較大影響［2］。如圖4 所示。

圖4 聚合溫度對(duì)減水劑分散性能的影響

4 性能測(cè)試

4.1 LY-6 對(duì)混凝土的保坍性能

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8076—2008《混凝土外加劑》，調(diào)整用水量使混凝土初始坍落度為（210±10）mm，選用某國(guó)外公司的聚羧酸保坍劑1、某國(guó)內(nèi)公司的保坍劑2 和本公司的聚羧酸減水劑LY-2 對(duì)實(shí)驗(yàn)所得樣品進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表6 混凝土性能測(cè)試結(jié)果。

表6 混凝土性能測(cè)試結(jié)果

由表5、6 可以看出，緩釋聚羧酸高效減水劑LY-6 從減水率、坍落度保持等方面都具有明顯改良現(xiàn)象。

5 緩釋聚羧酸高效減水劑在混凝土中的應(yīng)用

5.1 緩釋聚羧酸高效減水劑在高速公路的應(yīng)用

萍蓮高速中C40～C50 混凝土均要求泵送，坍落度要求≥220mm，擴(kuò)展度要求≥600mm，2h 混凝土無(wú)損失。

因萍蓮高速用砂含泥量大，為了滿足以上要求，必須選擇具有高減水率、高保坍性能的聚羧酸高性能減水劑。

C40～C50 混凝土配合比見(jiàn)表7

表7 C40～C50 混凝土配合比 單位：kg/m3

表8 C40～C50 混凝土性能

從以上實(shí)驗(yàn)看出，現(xiàn)合成的緩釋聚羧酸高效減水劑與普通聚羧酸減水劑復(fù)配使用達(dá)到工程施工要求。

6 結(jié)論

（1）甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸（AA）、不飽和雙鍵酯為主要原料合成了緩釋聚羧酸高效減水劑，通過(guò)各組分的實(shí)驗(yàn)對(duì)性能的影響，確定了合成工藝參數(shù)。從試驗(yàn)表明緩釋聚羧酸高效減水劑有優(yōu)良的緩釋性、減水性能和相容性。特別是與普通的聚羧酸減水劑搭配使用比單獨(dú)的普通聚羧酸高效減水劑保坍性更好，更經(jīng)濟(jì)。

（2）現(xiàn)合成的緩釋聚羧酸高效減水劑對(duì)含泥量大和高強(qiáng)混凝土更適應(yīng)，并能滿足各種工程的施工要求。