新型高保坍聚羧酸母液的合成及其性能研究

孟祥杰

（重慶建研科之杰新材料有限公司，重慶 402760）

0 前言

項(xiàng)目通過酯醚比設(shè)計(jì)和功能單體選擇，制備出不同的聚羧酸保坍母液樣品，通過水泥和混凝土性能試驗(yàn)調(diào)整，達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間保坍的效果，對(duì)進(jìn)一步工業(yè)化生產(chǎn)和提高商品混凝土企業(yè)生產(chǎn)效率有指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)

1.1 主要合成用原材料

聚醚單體（TPEG），分子質(zhì)量 2400，工業(yè)級(jí)；功能單體，工業(yè)級(jí)；丙烯酸（AA），主含量 99%，工業(yè)級(jí)；丙烯酸羥乙酯（HEA），主含量 93%，工業(yè)級(jí)；雙氧水，主含量 27.5%，工業(yè)級(jí)；吊白塊，工業(yè)級(jí)；巰基乙醇（MCH），工業(yè)級(jí)；氫氧化鈉，48%，工業(yè)級(jí)；葡萄糖酸鈉，工業(yè)級(jí)。

1.2 混凝土用原材料

（1）水泥：采用臺(tái)泥 P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥，其性能指標(biāo)見表1，水泥各項(xiàng)指標(biāo)符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 水泥的性能指標(biāo)

（2）粉煤灰：重慶珞璜電廠產(chǎn)粉煤灰，其性能指標(biāo)見表2。

表2 粉煤灰的相關(guān)性能 %

（3）砂：機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為 2.8，MB=3.0，含粉量 11%。

（4）石子：小石子粒徑為 5～10mm 的碎石，大石子粒徑為 10～25mm 的碎石。

（5）水：自來水，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的拌合用水要求。

（6）聚羧酸減水劑：重慶建研科之杰新材料有限公司自產(chǎn)保坍母液 PCE-1（原工藝）、PCE-2 和 PCE-3（改進(jìn)工藝）、市售某廠家保坍母液 PCE-4，固含量均為 40%。

該研究是對(duì)吉安（油田話）的單字調(diào)調(diào)值的第一次具體研究，通過所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：年青者（23歲）調(diào)類的基頻整體上低于其他兩位年長(zhǎng)發(fā)音人的基頻，年長(zhǎng)者（68歲）的陽平尾端有明顯的下降，不同于其他兩位發(fā)音人，說明年齡差異影響到調(diào)類變化，歷史上陽平有可能是個(gè)升降調(diào)，為了證明這一想法，筆者將會(huì)在另一論文中進(jìn)行證明。因此，暫且認(rèn)為油田方言總共有四個(gè)調(diào)類，陰平，陽平，上聲和去聲，入聲歸入陰平和去聲。

1.3 合成設(shè)備與工藝

本研究所用到的儀器設(shè)備如表3 所示。

表3 主要試驗(yàn)儀器設(shè)備

往裝有加熱裝置、溫控裝置、冷凝回流裝置和攪拌器的四口瓶中加入計(jì)量好的水及 TPEG 和功能單體，加熱攪拌至大單體全部溶解，待升溫至 45℃ 后分別滴加雙氧水的水溶液、吊白塊和巰基乙醇的水溶液、AA 和HEA 的水溶液，控制在 3h 內(nèi)滴完，再恒溫 1h，加入30% 氫氧化鈉調(diào)節(jié) pH 值至 6.0～7.0，即得到了聚羧酸減水劑，通過調(diào)整酯醚比 n(HEA)∶n(TPEG) 合成了 3組不同的聚羧酸減水劑。

1.4 產(chǎn)品性能檢測(cè)方法

（1）水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)定按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。

（2）混凝土拌合性能按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

（3）混凝土的抗壓強(qiáng)度按照 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

在反應(yīng)溫度 45℃ 條件下，改變酯醚比 n(HEA) :n(TPEG) 分別為 3:1、4:1、5:1 及市售樣品，合成方案設(shè)計(jì)見表4。

表4 合成方案設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響

保坍母液合成過程中酯醚比、功能單體用量變化對(duì)減水劑的分散性有很大影響，合成三種保坍母液及市售產(chǎn)品進(jìn)行凈漿試驗(yàn)，凈漿試驗(yàn)配合比：C=300，W=87，AD：0.5%，W/C=0.29，測(cè)試 0h、1h、2h、3h 凈漿流動(dòng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表5、圖1。

表5 水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn) mm

圖1 保坍母液對(duì)凈漿流動(dòng)度影響

酯醚比由 3:1、4:1、5:1 變化，同時(shí)改變功能單體用量變化，即對(duì)應(yīng)合成樣品 PCE-1、PCE-2、PCE-3，通過凈漿數(shù)據(jù)分析，初始凈漿擴(kuò)展度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，特別是酯醚比 5:1，功能單體用量在 0.6% 時(shí)，初始擴(kuò)展度為 190mm，小于 PCE-1、PCE-2 擴(kuò)展度 10mm 以上。隨著時(shí)間的推移，測(cè)試 1h、2h、3h 凈漿擴(kuò)展度，呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后下降趨勢(shì)，其中酯醚比 3:1，未加入功能單體 PCE-1 樣品 1h 增長(zhǎng)最明顯，由初始 204mm，增長(zhǎng)到 230mm，3h 下降很明顯，僅為 179mm；PCE-1、PCE-2 樣品平穩(wěn)增長(zhǎng)，緩慢下降，流動(dòng)度保持性較好；表現(xiàn)比較突出為酯醚比 4:1，功能單體加入量為 0.6%合成的 PCE-2 樣品，初始及損失過程中均表現(xiàn)出優(yōu)異的凈漿流動(dòng)性能；市售樣品 PCE-4 雖然初始及 1h 擴(kuò)展度較優(yōu)異，分別為 220mm、235mm，但是 2h、3h 凈漿擴(kuò)展度急劇下降，不能滿足長(zhǎng)時(shí)保坍要求。通過凈漿流動(dòng)度評(píng)價(jià)四種樣品，PCE-2 樣品效果最好，具有很好的外加劑分散劑保持性能。

分析為選擇合適的酯醚比，為長(zhǎng)久持續(xù)緩慢釋放提供基礎(chǔ)，同時(shí)引入部分新型聚酯類功能單體做主鏈替換原有的 S2、K2 部分主鏈，改變主鏈結(jié)構(gòu)，調(diào)整其側(cè)鏈密度，而提高其保坍能力及適應(yīng)性。

2.2 對(duì)混凝土擴(kuò)展度的影響

對(duì)合成 3 個(gè)樣品及市售產(chǎn)品進(jìn)行混凝土擴(kuò)展度測(cè)試，試驗(yàn) C30 混凝土配合比：m水泥: m粉煤灰: m砂: m小石:m大石: m水: m減水劑= 280:60:770:330:785:165:1.7，水膠比為 0.485，砂率為 41%，測(cè)試 0h、1h、2h 混凝土擴(kuò)展度，測(cè)試結(jié)果見表6、圖2。

表6 混凝土擴(kuò)展度 mm

圖2 保坍母液對(duì)混凝土擴(kuò)展度影響

通過對(duì)四種樣品進(jìn)行混凝土擴(kuò)展度數(shù)據(jù)分析：PCE-1、PCE-2、PCE-4 混凝土初始擴(kuò)展度相當(dāng)，均在600mm 左右，PCE-3 初始擴(kuò)展度較小，為 560mm，說明酯醚比 5:1、功能單體 0.6% 用量下，合成保坍母液對(duì)混凝土分散性不佳，沒有很好的減水作用。測(cè)試混凝土 1h、2h、3h 損失擴(kuò)展度，PCE-1、PCE-2、PCE-3、PCE-4 樣品 1h 擴(kuò)展度均增大，且增長(zhǎng)幅度相當(dāng)，2h、3h 擴(kuò)展度數(shù)據(jù)顯示，PCE-1、PCE-4 出現(xiàn)擴(kuò)展度急劇下降現(xiàn)象，最為明顯為 PCE-4，3h 擴(kuò)展度降低到330mm，經(jīng)時(shí)損失最大，這與凈漿流動(dòng)度數(shù)據(jù)規(guī)律一致，最為優(yōu)異樣品為 PCE-2，呈現(xiàn)出較好的混凝土分散性及流動(dòng)度保持能力。說明酯醚比 4:1、功能單體用量0.6% 為最佳工藝，此時(shí)合成保坍母液在混凝土中體現(xiàn)出最優(yōu)異的性能，具備長(zhǎng)時(shí)保坍能力。

2.3 對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

四種保坍母液混凝土試驗(yàn)成型，測(cè)試 3d、7d、28d混凝土抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表7、圖3。

表7 混凝土強(qiáng)度 MPa

圖3 保坍母液對(duì)混凝土強(qiáng)度影響

由表7、圖3 混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：3d、7d、28d 強(qiáng)度最高者均為 PCE-2 樣品；3d 最低者為PCE-4 樣品；7d 和 28d 強(qiáng)度最低者為 PCE-1 樣品。通過強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析，PCE-2 樣品力學(xué)性能最優(yōu)，PCE-1力學(xué)性能最差，仍然判定 PCE-2 為最佳樣品，酯醚比4:1、功能單體用量在 0.6% 為最佳工藝參數(shù)，合成出保坍母液為最優(yōu)產(chǎn)品。

圖3 坍落度試驗(yàn)

PCE-2 樣品混凝土分散性較強(qiáng)、減水率較高、流動(dòng)度較大，且流動(dòng)度保持能力最高，成型振搗過程中，氣泡更易隨著漿體流動(dòng)而排出，同時(shí)流動(dòng)度漿體在混凝土體系中填充效果更好，使得混凝土易達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。新型聚酯類功能單體的引入改變主鏈結(jié)構(gòu)，調(diào)整其側(cè)鏈密度，改善了混凝土保坍及適應(yīng)性能，促進(jìn)水泥水化，激發(fā)強(qiáng)度發(fā)展。

3 結(jié)論

（1）合成三個(gè)樣品 PCE-1、PCE-2、PCE-3 及市售樣品 PCE-4 進(jìn)行凈漿試驗(yàn)，在酯醚比 4:1、功能單體用量在 0.6% 工藝基礎(chǔ)上合成的 PCE-2 樣品凈漿初始流動(dòng)度較大，且過程中平穩(wěn)增長(zhǎng)，緩慢下降，分散性最好，保持性能較佳。

（2）四個(gè)樣品進(jìn)行混凝土擴(kuò)展度試驗(yàn)，數(shù)據(jù)對(duì)比確定最為優(yōu)異樣品為 PCE-2，呈現(xiàn)出較好的混凝土分散性及流動(dòng)度保持能力。說明在酯醚比 4:1、功能單體用量在 0.6% 為最佳工藝，此時(shí)合成保坍母液在混凝土中體現(xiàn)出最優(yōu)異的性能，具備長(zhǎng)時(shí)保坍能力。

（3）混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)顯示：3d、7d、28d 強(qiáng)度最高者均為 PCE-2 樣品，仍然判定 PCE-2 為最佳樣品，酯醚比 4:1、功能單體用量在 0.6% 為最佳工藝參數(shù)，合成出保坍母液為最優(yōu)產(chǎn)品。