一種混凝土和易性調(diào)節(jié)劑合成工藝及性能應(yīng)用的研究

曹玉林 任元軍 于小雷 張玉松 王金虎

【摘 ?要】探討了 HPEG、MBA交聯(lián)劑、丙烯酸在氧化還原引發(fā)及調(diào)節(jié)劑體系下的常溫反應(yīng)合成工藝，從調(diào)節(jié)劑與聚羧酸高性能減水劑相容性、對水泥漿體及混凝土性能的影響、離析泌水后的混凝土調(diào)整進(jìn)行了測試研究 。

【關(guān)鍵詞】和易性調(diào)節(jié)劑;常溫合成;保水增稠;抑制泌水;離析調(diào)整 。

引言

目前 聚羧酸高性能減水劑在混凝土外加劑領(lǐng)域中已占了主導(dǎo)地位，但在應(yīng)用方面仍存在著對摻量及用水量敏感的問題，混凝土泵后混凝土坍落度損失大，易出現(xiàn)離淅泌水等問題，需要加入保水調(diào)粘劑如：纖維素類、溫輪膠、黃原膠、海藻酸鈉等來解決上述問題。常用的這幾種調(diào)粘劑都存在與聚羧酸高性能減水劑相溶性不好的問題，易產(chǎn)生絮凝沉淀，加入量不足有時(shí)不能很好的解決混凝土離淅泌水問題?，F(xiàn)在市場上也出現(xiàn)多種性能不同的和易調(diào)節(jié)劑，本研究提供一種交聯(lián)型聚羧酸系和易性調(diào)節(jié)劑及其制備方法， 制備的調(diào)節(jié)劑結(jié)構(gòu)與聚羧酸系減水劑相近，相容性好，長期存放均穩(wěn)定，并且在水泥堿性體系中可部分水解，協(xié)同減水劑解決坍落度損失大的問題。合成工藝簡單，綠色環(huán)保，能耗低。產(chǎn)品性能優(yōu)于HPMC、HEMC、SA等常用的保水增稠劑。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)原材料及儀器

（1）原材料（均為工業(yè)級）： 佳化HPEG2400;丙烯酸，27.5%過氧化氫;維生素C;30%氫氧化鈉;交聯(lián)劑MBA; 分子量調(diào)節(jié)劑Y901;聚羧酸高性能減水劑ZK-9D（自產(chǎn)）P·O 42.5級中聯(lián)水泥;細(xì)度模數(shù)3.0的天然河砂;粒徑5-20mm碎石。

（2）儀器：1000ml四口燒瓶，60L單臥軸混凝土攪拌機(jī)等。

1.2聚羧酸減水劑的合成

在環(huán)境溫度下稱取一定質(zhì)量的純水加入裝有溫度計(jì)和攪拌裝置的1000ml四口燒瓶中，開動(dòng)攪拌加入 HPEG100g，升溫20度至HPEG溶解后開始加入引發(fā)劑2.3g并分別滴加還原劑0.5g和分子量調(diào)節(jié)劑的混合溶液、丙烯酸和MBA分子量調(diào)節(jié)劑的混合溶液，控制40分鐘滴加完，保溫一定時(shí)間結(jié)束后快速加入稀釋水，用30%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為5～6，即得成品。

2.結(jié)果與討論

2.1正交試驗(yàn)與試驗(yàn)結(jié)果分析

在環(huán)境溫度的條件下，丙烯酸與大單體的摩比4.9：1，在試點(diǎn)合成基礎(chǔ)上考察 MBA用量、底水用量、反應(yīng)時(shí)間h 、分子量調(diào)節(jié)劑Y901用量等4個(gè)因素對所合成的減水劑性能的影響。用L9（34）均勻設(shè)計(jì)表安排正交試驗(yàn)，以產(chǎn)品粘度為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，在保證調(diào)節(jié)劑可溶性下確定最優(yōu)的配比及反應(yīng)條件。

通過試驗(yàn)所得結(jié)果的極差分析，影響調(diào)節(jié)劑的各個(gè)試驗(yàn)因素的主次關(guān)系為底水用量>MBA用量>反應(yīng)時(shí)間>分子量調(diào)節(jié)劑用量。最佳工藝條件為：在n（HPEG2400）：n（AA） =1：4.9不變的條件下，底水用量;MBA用量;反應(yīng)時(shí)間;分子量調(diào)節(jié)劑用量為1：3：3：2。在此反應(yīng)條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)品粘度為932mpa.s，符合各正交試驗(yàn)所得規(guī)律。

由上述反應(yīng)條件可以看出，底水量少粘度越大，MBA用量越多粘度越大，時(shí)間長粘度增大，適中最好。在正交試驗(yàn)級數(shù)上分別變動(dòng)一個(gè)級數(shù)用底水200，MBA用量10，分子量調(diào)節(jié)劑1.0，其它反應(yīng)條件不變，結(jié)果滴加完成10分鐘物料快速交聯(lián)成果凍無溶解性。

采用正交所得最佳配方工藝用50L釜放大生產(chǎn)，生產(chǎn)控制正常產(chǎn)品粘度為872mpa.s

2.2產(chǎn)品與聚羧酸高性能減水劑相容性及穩(wěn)定性測試

（1）選用體公司ZK-9D聚羧酸系減水劑，按不同調(diào)節(jié)劑：減水劑9D：水=1：300：691稱取同等重量的放大合成所得調(diào)節(jié)劑BW與常用保水增稠劑HPMC、HEPC以及海藻酸鈉3種物質(zhì)與減水劑配置成水溶液，靜置5、28天，觀察其相溶穩(wěn)定性，BW和易性調(diào)節(jié)劑能夠很好的溶解于聚羧酸系減水劑的水溶液中，而HPMC、HEMC、溫輪膠等保水調(diào)節(jié)劑由于極性及電荷型的原因并不能很好與聚羧酸系減水劑水溶液相溶。后增加BW 調(diào)節(jié)劑的加入量，依然可以與聚羧酸系減水劑水溶液有很好的相溶。

（2）產(chǎn)品穩(wěn)定性試驗(yàn)：通過粘度變化來分析產(chǎn)品穩(wěn)定性，5%BW剛生產(chǎn)時(shí)粘度862mpa.s，15d后粘度856mpa.s，28d后粘度832 mpa.s澄清透亮。通過28天觀察，合成BW調(diào)節(jié)劑產(chǎn)品自身穩(wěn)定性良好，優(yōu)于傳統(tǒng)的幾類增稠保水劑。

2.3混凝土性能試驗(yàn)

本試驗(yàn)混凝強(qiáng)度等級為C30，其中水泥260kg/m3，粉煤灰120kg/m3、砂率48%，水灰比0.45。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，BW產(chǎn)品與聚羧酸系減水劑具有良好的復(fù)配效果，提升其減水能力，能夠有效降低混凝土在使用過程出現(xiàn)泌水離析的概率，提升混凝土抗壓強(qiáng)度。

2.4產(chǎn)品水泥凈漿流動(dòng)度及稠度性能檢測

按標(biāo)準(zhǔn)TB/T3275-2018中增粘劑試驗(yàn)方法檢測：

通過檢測可以得出：BW摻量0.3% 時(shí)能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)TB/T3275-2018中增粘劑的指標(biāo)要求。

2.5混凝土離析調(diào)整

混凝土運(yùn)送到工地現(xiàn)場常出現(xiàn)離析泌水的情況，直接泵送或使用會(huì)造成堵泵及混凝土跑漿影響混凝土整體質(zhì)量，一般處理方法：1、返回?cái)嚢枵炯尤氩糠稚盎艺{(diào)整后再運(yùn)回工地使用，2、攪拌車在工地等待一段時(shí)間（有時(shí)會(huì)呆幾個(gè)小時(shí)）至混凝土部分水化后收漿后才繼續(xù)使用。這樣雖然保證了混凝土后期質(zhì)量，但是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響施工正常進(jìn)度。在混凝土調(diào)整試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)混凝土出現(xiàn)泌水時(shí)后加保水增稠劑能馬上有效改變泌水現(xiàn)象。備產(chǎn)品在現(xiàn)場試用情況如下：

通過現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，后加調(diào)節(jié)劑能有效解決工地混凝土離析泌水現(xiàn)象，使施工能順利進(jìn)行。與攪拌站溝通每車除了帶10KG減水劑解決工地混凝土損失過快外增加10調(diào)節(jié)劑來解決工地混凝土的離析泌水。后續(xù)多次跟蹤效果良好。

3.結(jié)論

（1）通過選擇合適配比和工藝，。最佳工藝條件為：用n（HPEG2400）：n（AA） =1：4.9，底水用量200;MBA用量8;反應(yīng)時(shí)間：80Min;分子量調(diào)節(jié)劑用量為1.0。滴加速度為40min，反應(yīng)濕度溫度為20℃，過氧化氫為單體總量的0.88%。

（2）對最佳工藝條件下所合成的產(chǎn)品進(jìn)行了應(yīng)用性能測試，產(chǎn)品穩(wěn)定性好，與聚羧酸高性能減水劑的相容性良好，能有效抑制混凝土泌水，對混凝土減水及強(qiáng)度無影響。在摻量0.3%時(shí)能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)TB/T3275-2018中增粘劑增稠指標(biāo)要求。

（3）該生產(chǎn)工藝合成簡單綠色環(huán)保，生產(chǎn)成本低，具有良好的市場應(yīng)用前景。

（4）通過后加法能有效解決混凝土工地現(xiàn)場后滯泌水離析問題，此類調(diào)節(jié)劑將成為攪拌罐車必備的物料之一。

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作者簡介：曹玉林，1994年天津大學(xué)化學(xué)工程?？飘厴I(yè)，長期從事混凝土外加劑的技術(shù)工作。