VPEG型聚羧酸減水劑的性能研究

王文榮

摘 要：用VPEG（4-羥丁基乙烯基聚醚）制備聚羧酸減水劑技術在國內(nèi)處于起步階段。在制備工藝、適應性、混凝土和易性、力學性能等方面研究VPEG型聚羧酸減水劑的性能特點。試驗結(jié)果表明，新型VPEG型聚羧酸減水劑制備工藝簡便，適應性較好，混凝土早期強度高。

關鍵詞：VPEG;聚羧酸減水劑

1 前言

聚羧羧減水劑在1986年率先由日本發(fā)明后得到快速發(fā)展，由于其結(jié)構性能多樣化，在我國眾多大型工程建設中得到廣泛應用。聚醚單體是聚羧酸減水劑的主要組成部分，聚醚大單體由最早出現(xiàn)的酯類單體、烯丙基聚醚（APEG）發(fā)展到現(xiàn)在較為成熟的異戊烯基聚醚（TPEG）單體、異丁烯基醚（HPEG），直到近年開發(fā)出的VPEG單體。目前市售的聚羧酸減水劑以HPEG型及TPEG型聚羧酸減水劑為主。國外某些化工巨頭針對VPEG單體已開發(fā)出系列化產(chǎn)品，國內(nèi)只有少數(shù)外加劑廠家具備VPEG型減水劑制備技術^[1]。VPEG聚醚雙鍵共聚活性高，另外分子結(jié)構設計中適當增加了一端的親油性，這使得制備出的新型聚羧酸減水劑具有特殊的性能優(yōu)勢。利用VPEG聚醚單體的特點優(yōu)勢，開發(fā)出系列化產(chǎn)品，將有助于改善聚羧酸減水劑敏感性及相容性問題。

本研究從制備工藝、產(chǎn)品性能、適應性、和易性等方面深入探討VPEG型聚羧酸減水劑的特點，對新型聚羧酸減水劑的推廣及應用具有重要意義。

2 實驗部分

2.1 實驗原料

2.1.1 化學試劑：VPEG分子量4000（工業(yè)級）、丙烯酸（工業(yè)級）、雙氧水（工業(yè)級）、巰基丙酸（工業(yè)級）、還原劑（自制）。

2.1.2 華新P·O42.5水泥;亞東P·O42.5水泥;海螺P·O42.5水泥。

2.2 新型減水劑的制備

先在容器中加入一定量的聚醚單體和水，待單體全部溶解后，加入雙氧水，滴加液A（由丙烯酸、巰基丙酸、還原劑（自制）組成）。滴加結(jié)束后，得到VPEG型聚羧酸減水劑。最佳制備工藝：丙烯酸與聚醚單體摩爾比為4.5：1，其他按單體總質(zhì)量百分比加入（雙氧水0.3%、自制還原劑0.1%、MPA0.15%），反應溫度15～25℃，反應時間1h。

3 結(jié)果與討論

3.1 新型聚羧酸減水劑的制備工藝分析

目前外加劑市場存在少量的酯類產(chǎn)品，該產(chǎn)品制備工藝復雜，反應溫度要達到100℃以上，合成時間（8h～10h）較長，且在生產(chǎn)過程中涉及到環(huán)保污染問題，國內(nèi)只有及少數(shù)廠家保留酯類生產(chǎn)工藝，酯類產(chǎn)品的優(yōu)勢在于適應性廣，拌制混凝土和易性較高，通常和其他產(chǎn)品搭配使用;APEG型聚羧酸減水劑由于烯丙基聚醚單體活性較低，反應溫度在80℃左右，合成時間在6h～8h，減水率較低，現(xiàn)在聚羧酸減水劑市場上基本無此類產(chǎn)品;HPEG型及TPEG型聚羧酸減水劑是目前的主流產(chǎn)品，其制備工藝通常采用常溫或加熱（60℃左右）制備，反應時間在3h～5h，這兩類產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)在國內(nèi)已趨于成熟^[2];VPEG聚醚單體雙鍵共聚活性較高，VPEG型聚羧酸減水劑反應溫度在15～25℃，大大降低了生產(chǎn)能耗，整個反應時間在1h～1.5h，極大的縮短了制備時間，這為新型聚羧酸減水劑的工業(yè)化生產(chǎn)提升更高的效率。

3.2 新型VPEG聚羧酸減水劑的水泥適應性研究

選取華新P·O42.5水泥、亞東P·O42.5水泥、海螺P·O42.5水泥，通過水泥凈漿流動度試驗研究不同類型的聚羧酸減水劑與不同水泥之間的相容性，減水劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.5%，相容性試驗見表1。

從表1水泥凈漿數(shù)據(jù)得知，針對華新P·O42.5水泥，摻有三種聚羧酸減水劑的水泥凈漿初始流動度較低，TPEG型聚羧酸減水劑的初始水泥凈漿為240mm，1h后降為205mm，損失較大，HPEG型與VPEG型聚羧酸減水劑表現(xiàn)出良好的相容性;針對亞東P·O42.5水泥，三種聚羧酸減水劑的均有較高的水泥凈漿初始流動性，HPEG型聚羧酸減水劑的初始水泥凈漿為，1h降為200mm，流動度損失較大，TPEG型與VPEG型聚羧酸減水劑表現(xiàn)出良好的相容性;針對海螺P·O42.5水泥，三種聚羧酸減水劑的均有較高的水泥凈漿初始流動性，HPEG型聚羧酸減水劑的水泥凈漿經(jīng)時損失較大（初始為285mm，1h降為210mm），TPEG型聚羧酸減水劑的水泥凈漿同樣具有一定的損失（初始為280mm，1h降為215mm），而VPEG型聚羧酸減水劑與海螺P·O42.5水泥相容性較好，水泥凈漿初始流動度為280mm，1h后水泥凈漿流動度仍有240mm;試驗結(jié)果分析表明，VPEG型聚羧酸減水劑對三種水泥表現(xiàn)出較好的適應性。

由于新型聚羧酸減水劑中聚醚側(cè)鏈擺動自由度大，提高了聚羧酸減水劑分子結(jié)構中側(cè)鏈對水泥顆粒的包裹性和纏繞性，受水泥中堿含量、硫酸根離子含量等其他因素影響較小，因此制備出的新型聚羧酸減水劑具有更好的適應性。

3.3 新型VPEG聚羧酸減水劑對混凝土工作性能影響

C40混凝土配合比：水泥302Kg/m³（亞東水泥PO·42.5），陽邏粉煤灰138Kg/m³（I級灰），砂685 Kg/m³（細度模數(shù)3.0），石1090 Kg/m³（5～25mm），水灰比為0.38?；炷凉ぷ餍砸姳?。

混凝土原材料砂的細度模數(shù)為3.0偏粗，混凝土拌合物保水性差。HPEG型聚羧酸減水劑其減水率較高，由于砂石級配存在問題，混凝土拌合物出現(xiàn)粘聚性較差，泌水現(xiàn)象，初始坍落度/擴展度為220/550mm，1h后坍落度、擴展度損失嚴重，基本無流動性。TPEG型聚羧酸減水劑減水率適中，混凝土拌合物粘聚性稍好，稍有漏石，初始坍落度/擴展度為210/530mm，1h坍落度/擴展度為175/440mm，1h后坍落度、擴展度有一定的損失。VPEG型聚羧酸減水劑減水率其他類型產(chǎn)品性能相當，混凝土拌合物粘聚性、包裹性較好，無泌水泌漿現(xiàn)象，初始坍落度/擴展度為215/540mm，1h坍落度/擴展度為200/500mm，混凝土坍落度、擴展度損失非常小，能保持優(yōu)良的工作性能。由于VPEG聚醚大單體中的特殊結(jié)構，制備出的新型聚羧酸減水劑的保坍效果要遠遠好于其他類型的產(chǎn)品。在水泥漿體中，聚羧酸減水劑分子靠主鏈的吸附及側(cè)鏈在漿體中的展開起分散作用，相比其他類型的聚醚側(cè)鏈，VPEG型聚羧酸減水劑的側(cè)鏈受漿體中堿含量、硫酸根離子含量等環(huán)境影響較小，更容易使側(cè)鏈在水泥漿體中充分伸展，充分發(fā)揮聚羧酸主鏈的吸附作用，從而達到優(yōu)異的分散性能及保坍性能。

3.4 新型VPEG聚羧酸減水劑對混凝土抗壓強度的影響

研究三種不同類型聚羧酸減水劑對混凝土抗壓強度的影響，混凝土抗壓強度見表3。

摻有HPEG型聚羧酸減水劑與TPEG型聚羧酸減水劑的混凝土不同齡期抗壓強度相差不大，摻有VPEG型聚羧酸減水劑的混凝土1d抗壓強度為15.02Mpa，相比HPEG型產(chǎn)品，混凝土1d抗壓強度提高18%;摻有VPEG型聚羧酸減水劑的混凝土3d抗壓強度為28.56Mpa，相比HPEG型產(chǎn)品，混凝土抗壓強度提高14%;摻有三種不同類型減水劑的混凝土28d抗壓強度相差不大。綜上所述，新型VPEG聚羧酸減水劑具有較好的早期強度，在混凝土1d、3d齡期表現(xiàn)尤為明顯。

4 結(jié)語

新型VPEG聚羧酸減水劑在制備工藝、混凝土和易性、坍落度保持能力等方面具有較大優(yōu)勢，并且具有一定的早強性。

參考文獻：

[1]曾君.VPEG 型聚羧酸減水劑的合成[J].廣州化工，2015，43（3）：105-107.

[2] 孫振平，楊輝.國內(nèi)聚羧酸系減水劑的研究進展與展望[J].混凝土世界，2013（3）：31-35.