聚羧酸減水劑常溫制備工藝及性能探析

摘要：聚羧酸減水劑以常溫制備的方式完成，能夠解決資金投入問題，既能夠在能源消耗方面有著卓越成就，同時(shí)能夠大幅度減少公司方面所投入的資金成本。在常溫條件下進(jìn)行聚羧酸減水劑的配制方法較為簡單，其操作流程也較為精練。因此，在配制的過程中有著較為顯著的優(yōu)勢。基于聚羧酸減水劑常溫配制的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行具體探究，從工藝、合成材料、性能測試等方面入手進(jìn)行整體探討，并針對聚羧酸減水劑的性能進(jìn)行分析，從合成溫度、引發(fā)劑用量、合成濃度、初始溫度以及混凝土減水率等方面，對聚羧酸減水劑性能進(jìn)行全面探究。

關(guān)鍵詞：聚羧酸減水劑；常溫；制備工藝；性能就目前工程建設(shè)行業(yè)而言，聚羧酸減水劑的使用是必不可少的，是提高混凝土減水率的重要試劑。針對聚羧酸減水劑的常溫配制工藝，探究其工藝流程、技術(shù)方法、合成材料與聚羧酸減水劑的自身性能，是否會(huì)在溫度條件變化過程當(dāng)中而產(chǎn)生變化［1］。因此，在探究常溫條件下配制聚羧酸減水劑的過程中，如何保證聚羧酸減水劑的效果，且能夠以常溫條件下進(jìn)行配制，既能夠使聚羧酸減水劑的自身性能能夠運(yùn)用于混凝土工程建設(shè)當(dāng)中，發(fā)揮其減水劑的本質(zhì)功能，同時(shí)還能夠降低能耗與成本。尤其是在工程建設(shè)行業(yè)飛速發(fā)展的過程當(dāng)中，混凝土使用率較高，不同的工程建設(shè)也會(huì)有不同的混凝土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這都需要借助聚羧酸減水劑來實(shí)現(xiàn)這一標(biāo)準(zhǔn)。

1聚羧酸減水劑常溫制備工藝實(shí)驗(yàn)研究

1.1工藝分析

聚羧酸減水劑作為一種混凝土外加劑，能夠在工程建設(shè)過程當(dāng)中作為混凝土材料摻雜其中，提高混凝土減水率的重要組成部分。但其在混凝土當(dāng)中的使用量較低，且該種減水劑極為環(huán)保，因此，在工程建設(shè)過程中有著極為卓越的減水效果。在常溫條件下進(jìn)行聚羧酸減水劑的配制，能夠進(jìn)一步滿足工程建設(shè)時(shí)的需要，有著更為適宜的減水劑配制條件，從而使工程建設(shè)使用該種減水劑能夠更加便利。通常來講，配制聚羧酸減水劑需要在60～80 ℃來完成，如果溫度升高，會(huì)對聚羧酸減水劑的配制和質(zhì)量造成較為嚴(yán)重的影響，會(huì)影響到工程建設(shè)的生產(chǎn)周期，同時(shí)能源消耗與投入的資金成本也會(huì)相繼增加。因此，在常溫條件下進(jìn)行聚羧酸減水劑的合成是優(yōu)化工藝、降低成本的重要方式。而利用聚羧酸減水劑合成的原材料進(jìn)行單體反應(yīng)，將其放置在常溫下進(jìn)行儲(chǔ)存，通過滴加攪拌的方式，讓聚羧酸減水劑得到充分反應(yīng)，就不需要后續(xù)對其繼續(xù)加溫，并以保溫層對減水劑進(jìn)行保溫，保溫時(shí)長需要達(dá)到6 h左右［2］。

1.2合成材料

聚羧酸減水劑的配制需要在一定的溫度下進(jìn)行，若溫度較低，反應(yīng)速度也會(huì)有著顯著降低。因此，在常溫條件下進(jìn)行聚羧酸減水劑的配制需要關(guān)注配制反應(yīng)時(shí)間與配制反應(yīng)速度。同時(shí)，在60～80 ℃溫度條件下進(jìn)行聚羧酸減水劑的配制，相比常溫條件下所反應(yīng)出的產(chǎn)物聚合度較低，其產(chǎn)品性能會(huì)受到溫度的影響。因此，如若想依托常溫條件下進(jìn)行聚羧酸減水劑的配制，還需要對其制備材料進(jìn)行綜合分析。配制聚羧酸減水劑的合成材料通常包括甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酸、抗壞血酸、氫氧化鈉、過硫酸鈉等。對甲基烯丙基聚氧乙烯醚的品質(zhì)需要進(jìn)行把控，工業(yè)級(jí)的分子質(zhì)量通常為2 400。在進(jìn)行聚羧酸減水劑配制實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要利用定量的去離子水，與甲基烯丙基聚氧乙烯醚二者溶合，放置于500 mL的燒瓶當(dāng)中。在調(diào)制氫氧化鈉時(shí)，需要對其pH酸堿度進(jìn)行控制，使其保持在7左右。氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，其配制效果更佳。去離子水固含量也需要控制在40%。在進(jìn)行試劑配制的過程中，其聚合體系的溫度保持在25 ℃左右，是較為穩(wěn)定的恒溫狀態(tài)。

1.3性能測試

在對聚羧酸減水劑的工藝與合成材料進(jìn)行分析后，還需要對其常用配制工藝進(jìn)行進(jìn)一步的分析與試驗(yàn)，才能夠了解在常溫配制下，其性能是否會(huì)有所下降，快速及時(shí)地發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，從而進(jìn)行解決與方案優(yōu)化。在進(jìn)行聚羧酸減水劑配制過程當(dāng)中，需要綜合考量減水劑自身性能，是否簡單快捷與通俗易懂，以及成本等相關(guān)問題。針對合成實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，并對常溫配制下的聚羧酸減水劑進(jìn)行性能檢驗(yàn)。其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)需要根據(jù)國家頒布的《混凝土外加劑勻質(zhì)性實(shí)驗(yàn)方法》，對聚羧酸減水劑的性能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測定。在上述合成材料的配制條件下，其配制溫度穩(wěn)定在25 ℃，對所配制出的聚羧酸減水劑進(jìn)行初步檢測，其流動(dòng)度固摻量保持在0.13%，水灰比為0.29。若這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)，對聚羧酸減水劑水泥靜漿流動(dòng)所導(dǎo)致的保坍效果進(jìn)行測定，以1 h為恒定測試時(shí)間，探究其保坍效果、擴(kuò)展度、初始坍落度的基本情況。在進(jìn)行性能檢測過程當(dāng)中，以河沙作為細(xì)骨料，以碎石為粗骨料，使用的粉煤灰需要達(dá)到8%的配比，連續(xù)級(jí)配需要以國家文件標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)保持在5～10 mm和10～20 mm。同時(shí)，需要利用紅外光譜對聚羧酸減水劑進(jìn)行檢測。

2聚羧酸減水劑性能分析

2.1合成溫度對聚羧酸減水劑性能的影響

在進(jìn)行聚羧酸減水劑合成的過程當(dāng)中，需要兼顧多方面因素，尤其在常溫條件下進(jìn)行制備，其水泥靜漿流動(dòng)度都會(huì)影響聚羧酸減水劑最終合成的質(zhì)量［3］。水泥靜漿流動(dòng)度同減水劑合成時(shí)的溫度之間具有相關(guān)性。因此，在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中需要穩(wěn)定各材料的配比，保持初始溫度恒定，且在各條件因素不變的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，其實(shí)驗(yàn)開展的初始溫度需要保持一致，隨后提高聚羧酸減水劑的合成溫度。對比水泥靜漿流動(dòng)度，觀察其流動(dòng)度是否有明顯增加。由于聚羧酸減水劑的材料性質(zhì)，其會(huì)對水泥混凝土的顆粒有著較強(qiáng)的分散能力，但隨著合成溫度升高且水泥靜漿流動(dòng)度明顯提高。聚羧酸減水劑的水泥混凝土顆粒分散能力也不斷增加，但如若聚羧酸減水劑的合成溫度較低，則引發(fā)劑在合成過程當(dāng)中起到的引發(fā)效率，也會(huì)隨著溫度的降低而降低，聚羧酸減水劑的反應(yīng)速率，也會(huì)受到溫度影響，與溫度變化呈現(xiàn)正比例關(guān)系。在利用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適宜溫度探究時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)合成溫度在20～40 ℃時(shí)，聚羧酸減水劑對水泥顆粒的分散能力并沒有較為明顯的增長或降低。此時(shí)，水泥靜漿流動(dòng)度變化并不明顯。但將溫度提升至40～60 ℃時(shí)，水泥靜漿流動(dòng)度有著明顯的增加，并且在60 ℃時(shí)能夠最大限度地激發(fā)引發(fā)劑的效果。

2.2引發(fā)劑用量對聚羧酸減水劑性能的影響

在進(jìn)行聚羧酸減水劑的合成過程當(dāng)中，需要關(guān)注引發(fā)劑的使用劑量，尤其是在常溫制備條件下，需要探究不同劑量的引發(fā)劑，給聚羧酸減水劑的制備帶來的影響。其中，在實(shí)驗(yàn)探究當(dāng)中能夠發(fā)現(xiàn)水泥靜漿流動(dòng)度與引發(fā)劑用量之間有著密不可分的關(guān)系。在20 ℃的溫度環(huán)境下進(jìn)行聚羧酸減水劑的制備，其氧化劑的用量需要根據(jù)該溫度條件進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)溫度穩(wěn)定在40 ℃時(shí)，進(jìn)行聚羧酸減水劑的合成，其還原劑的用量也需要根據(jù)溫度進(jìn)行重新調(diào)配。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量比會(huì)保持一致。在穩(wěn)定其他聚羧酸減水劑合成條件下，需要利用聚羧酸減水劑的樣本，對水泥靜漿流動(dòng)度的基本情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中增加引發(fā)劑用量，其水泥靜漿流動(dòng)度隨著引發(fā)劑的用量提高而增大。而當(dāng)聚羧酸減水劑處于20 ℃以下時(shí)，水泥靜漿流動(dòng)度從最初較為穩(wěn)定快速的流動(dòng)，逐步開始降低速度，在1 h內(nèi)其流動(dòng)速度的變化較小，但超過1 h后水泥靜漿流動(dòng)度則呈現(xiàn)出流化現(xiàn)象。根據(jù)溫度條件來看，當(dāng)在40 ℃的溫度環(huán)境下進(jìn)行聚羧酸減水劑的合成，則會(huì)使水泥靜漿流動(dòng)度的初始流量達(dá)到最高峰。

2.3合成濃度對聚羧酸減水劑性能的影響

在進(jìn)行合成濃度對聚羧酸減水劑性能的影響分析過程中，需要完全保證用于合成聚羧酸減水劑的材料比例與合成工藝的各項(xiàng)參數(shù)不變，從而進(jìn)行聚羧酸減水劑的濃度調(diào)整。將聚羧酸減水劑的濃度調(diào)配至35%、40%、45%、50%、55%等5個(gè)濃度，觀察在同一時(shí)間段內(nèi)不同濃度的聚羧酸減水劑所反映出的性能區(qū)別［4］。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虻贸龊铣蓾舛仍?5%，其聚羧酸減水劑的性能能夠發(fā)揮得最為完整。不同濃度的聚羧酸減水劑對其性能有著較大影響，且濃度過低，在使用減水劑的過程當(dāng)中發(fā)揮的熱量較少。反應(yīng)初期的溫度較低，在反應(yīng)結(jié)束后，其溫度也相對較低。因此溫度過低不利于單體轉(zhuǎn)化率的提高，進(jìn)而使得減水劑的性能受到了影響。對比各濃度聚羧酸減水劑所反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)效果能夠發(fā)現(xiàn)，濃度過高也會(huì)使得減水劑的整個(gè)反應(yīng)體系過于緊密，且丙烯酸等不飽和單體與引發(fā)劑、分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑在相互配合的時(shí)候，材料之間過于分散。減水劑的分子結(jié)構(gòu)差異性較大，影響聚羧酸減水劑的最終效果。因此，在進(jìn)行聚羧酸減水劑配制過程當(dāng)中，以45%的濃度為最佳。

2.4聚合反應(yīng)初始溫度對聚羧酸減水劑性能的影響

為進(jìn)一步探究聚羧酸減水劑的影響因素，從合成的起始溫度入手，探究起始溫度是否會(huì)對聚羧酸減水劑的性能產(chǎn)生一定影響，將起始溫度設(shè)定在5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃，通過5個(gè)起始溫度做對比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。當(dāng)在起始溫度為5 ℃的條件下，進(jìn)行聚羧酸減水劑的合成，能夠發(fā)現(xiàn)聚羧酸減水劑在該溫度下還能夠進(jìn)行引發(fā)，但由于反應(yīng)初期的溫度較低，反應(yīng)后期的溫度系數(shù)也相對較低，因此在反應(yīng)過程當(dāng)中單體轉(zhuǎn)化率受到了較大影響，使減水劑性能得到了影響。但隨著起始溫度的升高，其反應(yīng)結(jié)束后的溫度也相應(yīng)升高，使得聚羧酸減水劑在合成過程中，單體轉(zhuǎn)化率也相應(yīng)提高。在實(shí)驗(yàn)探究當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度處于15～25 ℃時(shí)，減水劑性能并沒有太大差異。而在15～25 ℃的環(huán)境范圍內(nèi)，將單體材料溶解完成后，材料會(huì)整體性處于15～25 ℃的溫度范圍內(nèi)。因此，該溫度條件下進(jìn)行聚羧酸減水劑的合成，能夠保障減水劑自身的使用質(zhì)量，同時(shí)還節(jié)省了加熱環(huán)節(jié)，降低了能源消耗，縮短了生產(chǎn)周期，也降低了聚羧酸減水劑合成成本。

2.5混凝土減水率試驗(yàn)

將配制出的聚羧酸減水劑應(yīng)用于混凝土當(dāng)中，進(jìn)行最終測試，聚羧酸減水劑配制完成后，其使用情況能夠直接影響混凝土情況［5］。因此，利用常溫條件進(jìn)行聚羧酸減水劑的配制，并根據(jù)不同的聚羧酸減水劑使用量，探究使用量與混凝土減水率之間的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)探究當(dāng)中，將固體摻量劃分為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%等4個(gè)產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比。由此能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚羧酸減水劑摻量在0.1%時(shí)，混凝土減水率為10%，聚羧酸減水劑摻量為0.2%，混凝土減水率接近30%。聚羧酸減水劑摻量在0.3%時(shí)，混凝土減水率在40%左右，聚羧酸減水劑摻量在0.4%時(shí)，其減水率略高于0.3%。但從混凝土減水率增幅情況來看，當(dāng)聚羧酸減水劑摻量低于0.2%時(shí)，其減水率的增加是極為明顯的，但隨著聚羧酸減水劑摻量的逐漸提高，其減水率也呈現(xiàn)出較為緩慢的增長趨勢。但由實(shí)驗(yàn)也能夠看出，當(dāng)聚羧酸減水劑的摻量在0.4%時(shí)，其呈現(xiàn)出的混凝土減水率是最佳狀態(tài)。

3結(jié)束語

由于工程建筑會(huì)使用大量的混凝土材料，混凝土為提高減水率而使用減水劑。并且由于在不同的工程項(xiàng)目當(dāng)中，不同的施工建設(shè)要求，減水劑的使用量也是有所區(qū)別的。因此，根據(jù)工程建設(shè)的實(shí)際情況進(jìn)行減水劑的增加與減少，調(diào)和水泥混凝土的性能是至關(guān)重要的。這對于凸顯施工效果，提高工程建設(shè)的整體質(zhì)量而言是極為重要的，尤其是在現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中，為進(jìn)一步優(yōu)化建筑過程中使用的各項(xiàng)材料，在常溫條件進(jìn)行聚羧酸減水劑的配制，是符合時(shí)代發(fā)展特點(diǎn)的。單體合成技術(shù)的快速發(fā)展與新技術(shù)、新材料的相繼應(yīng)用，都使得聚羧酸減水劑在常溫條件下進(jìn)行配制的工藝得到了快速發(fā)展。因此，各生產(chǎn)廠家進(jìn)行聚羧酸減水劑的合成與研究時(shí)，逐步探究如何降低成本，提高減水劑配制成功率，但不影響減水劑的性能。就探究情況來看，在常溫條件下配制聚羧酸減水劑，其基本性能得到了保障，并且減省了加熱這一環(huán)節(jié)，使成本有所降低，同時(shí)符合綠色發(fā)展、降低能耗的要求。

參考文獻(xiàn)：

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［4］林順官.常溫合成聚羧酸減水劑工藝及性能研究［J］.混凝土，2020（12）：7779，84.

［5］張小虎，王劍鋒.聚羧酸減水劑常溫制備工藝及性能研究［J］.化工管理，2018（14）：198199.

作者簡介：張卓，女，山西忻州人，助理研究員，碩士研究生，研究方向：科技管理，化工催化。