聚羧酸减水剂的物理结构对其分散性影响研究

发表时间：2020-06-09T04:10:05.025Z 来源：《防护工程》2020年6期 作者： 王金栋1 孙文2 武海龙3

[导读] 因此，利用聚羧酸减水剂分子结构可设计性强等特点，合成了一种具有良好工作性能的降粘型聚羧酸减水剂，改善了高强混凝土的扩展度，加快了混凝土的流速。

1.西卡（中国）有限公司 江苏苏州 215121；2.津门建筑科技（天津）有限公司 天津市 300452；3.凯诺斯（中国）铝酸盐技术有限公司 天津市 300457

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，聚羧酸高性能减水剂因在高标号混凝土中以其强度高、和易性好、自身重小的特点，可以有效降低混凝土用水量，但不能有效解决低水胶比带来的混凝土粘度大的问题，因此，利用聚羧酸减水剂分子结构可设计性强等特点，合成了一种具有良好工作性能的降粘型聚羧酸减水剂，改善了高强混凝土的扩展度，加快了混凝土的流速。 关键词：聚羧酸减水剂；物理结构；分散性影响研究 引言

混凝土的质量是保证建筑工程质量的关键，从工程实践角度，混凝土应具有优异的拌合物性能、力学性能、耐久性能等，然而随着优质砂石等资源性材料日益匮乏，可获取的高质量原材料越来越少。随着市场的变化及行业竞争的加剧，劣质材料的应用呈上升态势，如何使用低质原料拌和高性能高质量混凝土是混凝土外加剂研究的重中之重。聚羧酸减水剂是混凝土行业中广泛使用的一种水泥分散剂，其能够减少拌和混凝土过程水的使用量，改善混凝土的各种性能。同时，混凝土的强度取决于水和水泥的比例（水灰比），水灰比越小，混凝土材料的强度越高。聚羧酸减水剂还能够显著提高混凝土的强度。 1试验 1.1原料及仪器

（1）减水剂合成试验。乙二醇单乙烯基醚（GPEG－2000），工业品；聚乙二醇（PEG800），工业品；对苯二酚（HQ），分析纯；噻吩嗪（PTN），分析纯；浓硫酸，分析纯；甲基丙烯酸（MAA），工业品；丙烯酸（AA），工业品；抗坏血酸（VC），化学纯；过硫酸铵（APS），化学纯。DF－101S集热式磁力搅拌器；DW－1型电动搅拌器；电子分析天平；NJ－160A水泥净浆搅拌机；蠕动泵。（2）水泥净浆试验与混凝土试验。水泥：平顶山大地水泥有限公司，P·O42．5；砂：中砂，细度模数2．8，水洗晒干；石：5～20mm连续级配碎石；粉煤灰：平顶山姚电II级粉煤灰；水：自来水。 1.2试验方法

先将一定量的TPEG与去离子水加入烧瓶中，搅拌升温到指定温度。首先加入氧化剂的水溶液，然后开始滴加丙烯酸AA和酯的水溶液与调节剂和VC的水溶液，AA和酯的水溶液滴加3h，调节剂和VC的水溶液滴加3.5h，保温老化1.5h，用30%氢氧化钠溶液中和到pH为6~7，即得缓释聚羧酸高效减水剂母液。 1.3聚羧酸减水剂合成工艺

酯化反应：称取一定量的聚乙二醇（PEG800）和水，投入500mL三口烧瓶中，控制温度70℃使之全部溶解，加入阻聚剂

（HQ∶PTN），再加入一定量的丙烯酸（AA），待其搅拌均匀后加入浓硫酸，待阻聚剂溶解后把温度升至110～130℃，恒温反应5h，反应结束后，把温度降至105～115℃，保温1h，最后加水稀释至固含量为80%，即得到大分子酯类聚合物（简称FM306）。共聚反应：在装有搅拌器的500mL三口烧瓶中加入一定量的GPEG－2000和去离子水作为底料，搅拌使之全部溶解；称取一定量的丙烯酸和水，搅拌均匀，作为A溶液；称取一定量的VC和水，溶解搅拌均匀，作为B溶液；将一定量过硫酸铵加入底料溶液中，然后分别滴加A、B溶液，滴加时间为1～1．5h，控制B溶液滴加时间较A溶液长30min，待滴加完毕，即得到无色透明的聚羧酸系减水剂母液（固含量为40%）。 2结果与讨论

2.1引发剂对减水剂性能的影响

引发剂在合成减水剂过程中的用量虽少，却起到至关重要的作用，是启动反应使反应顺利进行的重要因素，其用量直接影响减水剂合成的成败。用量过少不能充分产生自由基，使反应难以进行，用量过多不仅浪费原材料，还会使聚合产物分子量过高，对减水剂效果产生不利影响。本研究采用氧化还原体系引发剂APS/Vc，在不改变原材料用量以及最佳合成工艺的条件下通过调整引发剂的用量得到不同的减水剂并分析其净浆效果，实验结果如图5所示。水泥净浆初始流动度呈增加趋势，水泥净浆损失率呈降低的趋势，但当引发剂用量为1．0g

和0．7g时，水泥净浆的流动度都在270mm左右，但是从损失率角度，用量为1．0g时净浆损失率为10%，用量为0．7g时损失率为18%。综合分析，引发剂用量为1．0g时最优。 2.2用量对减水率及降粘效果的影响

在引发剂（过硫酸铵）和链转移剂（次磷酸钠）用量分别为单体总质量的1.0wt％和1.33wt％，过硫酸铵与还原剂（E51）质量比为9：1，其他合成条件不变的情况下，考察不饱和磷酸酯PM1500用量对减水剂的减水率及降粘效果的影响规律。水泥净浆粘度明显降低，说明PM1500单体对减水剂的降粘效果有着显著的作用，这是得益于PM1500单体的高比例憎水基团，改变了减水剂整体的亲水性能；PM1500的用量增大到一定程度后，粘度不再降低，但减水率明显下降，这是由于PM1500竞聚率小于丙烯酸，所以粘度变化不大。同时PM1500提供吸附基团的能力小于丙烯酸单体，当用量越大减水率越低和损失越大。考虑净浆流动度和水泥粘度性能，采用PM1500为醚的16.5%的比例合成降粘型聚羧酸减水剂。

2.3采用最佳工艺合成减水剂的性能测定

在37℃条件下，n（AA）∶n（TPEG）=4．0∶1．0，引发剂用量为1．0g，加入4．5gFM306酯类中间体，3/3．5h匀速滴加引发剂APS及共聚单体AA，制得高适应性聚羧酸系减水剂。对此减水剂进行了水泥件下净浆性能测试，在水灰比为0．29，掺量为0．17%条件下，水泥净浆初始流动度为298mm，水泥净浆经时流动度较好，2h内基本无损失，减水率达到35%，C40混凝土28d抗压强度达到45MPa。 2.4聚羧酸减水剂的粒径与浓度的关系

在模拟孔溶液中，随着质量浓度增大，粒径呈逐渐增大的趋势，同时都大于在水溶液的粒径，可以推测这是由于减水剂在水和模拟孔溶液中的存在形式不同所致，在模拟孔溶液中减水剂的羧基—COO-同Ca2+发生络合，形成由Ca2+进行连接的大分子链，随着减水剂浓度的增大，这种大分子链也逐渐增长。合成减水剂的酸醚比不同，其在纯水溶液和模拟水泥孔溶液中的粒径也有差别。酸醚比最小（即侧链密度最大）的TAC，粒径最大。在水溶液中，3种PC粒径差别小；但在模拟孔溶液中，粒径差别较大。一般认为，PC减水剂的分散机理主要是空间位阻作用，那么，减水剂分子粒径越大，应该具有更大的空间位阻作用，试验结果证实了这一点，即酸醚比小（侧链密度大）的减水剂，其分子在水溶液和模拟孔溶液中的粒径更大，所得水泥浆体的流动度也更大。 结论

（1）TPEG2400\\端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体、不饱和磷酸酯打单体PM1500和AM以100、12.5、16.6的质量比聚合，以还原剂（E51）和过硫酸铵作为氧化还原体系，次磷酸钠作链转移剂，合成一种降低高标号混凝土粘度的降粘型聚羧酸减水剂。（2）分子结构中引入具有较大空间位阻效应的双尾聚氧乙烯醚长链结构，能使其HLB值降低和聚合物结构更加舒展，可以释放出一定量的水，表现出高流动性和低粘度。（3）端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体、PM1500和丙烯酰胺共聚表现出叠加性，通过净浆和混凝土对比，此合成的降粘型聚羧酸减水剂可以提高混凝土流速.减水率和保坍性能。 参考文献：

[1]王浩，逄建军，张力冉，等．聚羧酸高效减水剂的研究现状与展望［J］．商品混凝土，2013（2）：22－26． [2]卞荣兵，沈健．聚羧酸混凝土高效减水剂的合成和研究现状［J］．精细化工，2006.