聚羧酸減水劑的合成與性能研究

蔣毅

摘 要：聚羧酸減水劑是一種可以設(shè)計(jì)改良的減水劑類型，通過(guò)選用不同類型的聚合單體、功能基團(tuán)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)共聚物分子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改良，從而合成出某方面性能更加優(yōu)異的聚羧酸減水劑類型。文章主要以試驗(yàn)研究的方式，探討早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的合成方法，并對(duì)其合成性質(zhì)做具體的分析，希望能夠?qū)υ鐝?qiáng)型聚羧酸減水劑的合成提供幫助。

關(guān)鍵詞：聚羧酸減水劑;合成;性能研究

聚羧酸系高性能減水劑本身具有綠色環(huán)保，摻量低、減水率高、保坍性能好等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于各類建設(shè)工程，但隨著對(duì)聚羧酸減水系列產(chǎn)品的不斷推廣使用，混凝土技術(shù)也在不斷進(jìn)步，發(fā)現(xiàn)聚羧酸高性能減水劑在特殊環(huán)境下，存在一定缺陷，比如早期強(qiáng)度上升較慢，直接影響混凝土模具拆除，限制了聚羧酸減水劑在某些建筑工程中的應(yīng)用。因此，研究預(yù)制構(gòu)件混凝土，能提高早期強(qiáng)度，縮短混凝土模板使用周期的早強(qiáng)聚羧酸減水劑具有十分重大的意義。

目前，最常制備早強(qiáng)聚羧酸減水劑有兩種方法：一種是復(fù)配有機(jī)鹽、無(wú)機(jī)鹽和醇胺類，但復(fù)配型早強(qiáng)聚羧酸減水劑具有摻量大，和易性差等問(wèn)題;另一種是進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，引入具有早強(qiáng)結(jié)構(gòu)的的小單體磺酸基團(tuán)、酰胺基團(tuán)等。而本文針對(duì)傳統(tǒng)減水劑分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行突破式創(chuàng)新，引入一種自制超早強(qiáng)功能單體酯，制備出一種早強(qiáng)聚羧酸減水劑。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)主要原料與儀器

異戊烯基聚氧乙烯醚（相對(duì)分子質(zhì)量為2400），紹興市宇州化工有限公司;丙烯酸，分析純，成都市科隆試劑廠;早強(qiáng)功能小單體（B），化學(xué)純，江陰創(chuàng)林化工有限公司;雙氧水，分析純，廣州銀河工貿(mào)公司;巰基乙酸，氫氧化鈉，分析純，福建濱海化學(xué)有限公司。

1.2 減水劑的合成工藝

將一定量的聚醚大單體與去離子水投入帶有溫度計(jì)、滴加裝置及攪拌器的四口燒瓶?jī)?nèi)，開(kāi)啟攪拌器，同時(shí)升溫至預(yù)定溫度，攪拌均勻后加入雙氧水，10min后分別滴加由丙烯酸、AM、去離子水組成的A料及由巰基丙酸、L-抗壞血酸、去離子水組成的B料。滴加過(guò)程均勻進(jìn)行，且B料比A料多滴加30min，待B料滴加完畢后，繼續(xù)保溫反應(yīng)1h，待溫度降至室溫，并通過(guò)去離子水稀釋得到固含量為40%的聚羧酸減水劑。

1.3 檢測(cè)方法

按照GB/T8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》測(cè)減水劑的含固量、密度?？疾鞙囟葘?duì)摻不同外加劑的影響時(shí)，砂漿力學(xué)性能測(cè)試所采用的配合比為水泥∶砂∶水=450∶1350∶168.5，而混凝土早期強(qiáng)度試驗(yàn)所用的配合比為水泥∶水∶砂∶石∶礦粉：粉煤灰=312∶166∶730∶1030∶49∶49。按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)混凝土的坍落度和抗壓強(qiáng)度。

1.4 試驗(yàn)原材料

水泥：采用福建永定閩福建材有限公司生產(chǎn)的閩福牌P.O42.5R水泥;粉煤灰：選用漳州后石電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰;礦渣粉：選用福建本地S95級(jí)礦渣粉;砂：選用漳州地區(qū)的天然中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.7～2.9，含泥量小于2.0%;碎石：選用龍海的花崗巖碎石，5～25mm連續(xù)粒級(jí)，針片狀含量不大于12%，含泥量不大于1.0%;減水劑：自制早強(qiáng)型聚羧酸減水劑Z-11（含固量為40%），市售普通聚羧酸減水劑LQ-100（含固量為40%），某國(guó)外品牌早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PAC-11（含固量為45%）。外加劑摻量以有效固體份計(jì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸醚比對(duì)早強(qiáng)型PCE分散性的影響

在聚羧酸減水劑與水泥相互作用的過(guò)程中，COO-與水泥中Ca2+相互結(jié)合，起到錨固定作用，使其吸附在水泥顆粒表面，所以酸醚比對(duì)PCE的分散性能有一定的影響。固定聚醚單體OXST-804、新型鏈轉(zhuǎn)移劑及引發(fā)劑用量，考察酸醚比對(duì)對(duì)減水劑分散性的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)：

2.1.1 對(duì)于凈漿流動(dòng)度，隨著酸醚比的增大，初始流動(dòng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)酸醚比為6.5時(shí)，初始流動(dòng)度最大。這主要是由于主鏈聚合度一定時(shí)，隨著酸醚比增大，羧基量逐漸增大，吸附在水泥顆粒表面的數(shù)量也隨之增大，因此初始流動(dòng)度增大。但當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，PCE在水泥顆粒表面的吸附趨于飽和，再增加羧基也無(wú)法增加PCE在水泥顆粒表面的吸附量，因此初始流動(dòng)度不再隨酸醚比的增大而增大。另外，初始分散性的提高使水泥顆粒與水接觸面增多，促進(jìn)水泥水化，水化產(chǎn)物會(huì)覆蓋已吸附的PCE生成物上，導(dǎo)致已吸附的PCE失效，而由于初始吸附量增多，殘留在液相中的聚合物分子減不，不能有效地進(jìn)行持續(xù)吸附，導(dǎo)致分散保持性降低。

2.1.2 對(duì)于混凝土流動(dòng)性，隨著酸醚比的增大，混凝土擴(kuò)展度和坍落度均呈先增大后減小的趨勢(shì)，與凈漿試驗(yàn)趨勢(shì)一致，且同樣是當(dāng)酸醚比為6.5時(shí)，擴(kuò)展度和坍落度達(dá)到最大。說(shuō)明當(dāng)酸醚比為6.5時(shí)，該早強(qiáng)型PCE具有最佳的分散性。

2.2 不同室溫下TIPA和DEIPA對(duì)減水劑早強(qiáng)性能的影響

表2為不同室溫下TIPA、DEIPA對(duì)減水劑早強(qiáng)性能的影響。由表可知，當(dāng)室溫為18℃時(shí)，加入早強(qiáng)組分TIPA和DEIPA后膠砂1d強(qiáng)度值比空白高1MPa左右，早強(qiáng)效果不明顯。當(dāng)室溫為5℃時(shí)，TIPA與空白的1d膠砂強(qiáng)度值相當(dāng)，沒(méi)有提高水泥的1d強(qiáng)度，而加入DEIPA后，水泥膠砂的1d強(qiáng)度值比空白大2MPa，增強(qiáng)效果比較明顯。由此可知加入DEIPA能有效提高水泥的早期強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 通過(guò)分子設(shè)計(jì)以及合成設(shè)計(jì)，以聚乙二醇單甲醚衣康酸酯、聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、N-[4-（磺酰胺）苯基]丙烯酰胺為聚合單體，采用大單體直接共聚法，合成了一種早強(qiáng)型聚羧酸系高分子減水劑。

3.2 通過(guò)對(duì)單體摩爾分?jǐn)?shù)的優(yōu)選、引發(fā)劑用量的考察、反應(yīng)溫度等條件的優(yōu)化，探索出在80℃條件下，聚乙二醇單甲醚衣康酸酯、聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、N-[4-（磺酰胺）苯基]丙烯酰胺的摩爾摩爾分?jǐn)?shù)分別為35%，35%，30%，引發(fā)劑用量為3%（占單體總量），反應(yīng)時(shí)間5h時(shí)合成產(chǎn)品的綜合性能最好。

3.3 減水率和抗壓強(qiáng)度性能的測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的聚羧酸系高分子減水劑相比，所設(shè)計(jì)合成的早強(qiáng)型聚羧酸系高分子減水劑具有更好的減水性能，并且能有效提高早期抗壓強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛軍鵬.多元復(fù)配早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的性能研究[J].新型建筑材料，2016，43（9）：77-79.

[2]劉進(jìn)強(qiáng)，王子明.聚羧酸系減水劑與早強(qiáng)組分的復(fù)合性能研究[J].混凝土，2008（7）：58-59.

[3]王棟民，劉治華.聚羧酸分子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化對(duì)漿體分散性和砂漿強(qiáng)度的影響[J].混凝土，2012（8）：55-57.