超早強型聚羧酸減水劑的合成及性能研究

楊水榮 袁榮輝（廣東博眾建材科技發(fā)展有限公司，廣東 清遠 511500）

超早強型聚羧酸減水劑的合成及性能研究

楊水榮 袁榮輝（廣東博眾建材科技發(fā)展有限公司，廣東 清遠 511500）

通過將丙烯酸與甲基丙烯磺酸鈉兩類不同分子量的TPEG在水溶液中利用自由基進行反應，合成了具有早強性能的聚羧酸減水劑。對該減水劑的性能進行了測試實驗。實驗結(jié)果證明該減水劑有著非常好的減水效果,能有效提升混凝土的早期強度,適用于配制高性能混凝土。

早強型聚羧酸減水劑；合成；性能

聚羧酸系減水劑是當前較為新型的減水劑,具有以下優(yōu)點，減水率高、收縮性小、適應性好、提升效果明顯等。而且在其生產(chǎn)中并不需要加入甲醛，不會排放廢液，所以對生態(tài)環(huán)境損害較小，現(xiàn)已被大量使用到市政、港口等工程建設(shè)中。

隨著科技水平的提高，我國生產(chǎn)制造的產(chǎn)品與國際上的發(fā)達國家相比已越來越接近,但在早強型的聚羧酸系減水劑領(lǐng)域,還有一定差距，這對我國經(jīng)濟發(fā)展、城市建設(shè)非常不利。而近些年，我國的大型建設(shè)工程不斷，對預制混凝土的使用極為渴求，所以，對早強型聚羧酸減水劑的研究迫在眉睫。

因為聚羧酸系減水劑的減水率較好,能夠有效減少膠凝材料的使用,進而增強混凝土的彈性、減弱收縮裂變的可能。此外,預制混凝土還需要具有一定的早期強度發(fā)展速率,以改善模板周轉(zhuǎn)率,或適合于低溫環(huán)境下的使用,將其生產(chǎn)周期延伸到寒冷季節(jié)。而高強混凝土管樁是近段時間發(fā)展迅速、使用范圍較廣的產(chǎn)品，其有著以下優(yōu)勢，強度較高、承載力較強、應用方便等，已在許多領(lǐng)域應用。對于其生產(chǎn)來講,更是想要減少某些蒸養(yǎng)環(huán)節(jié),以達成零能耗。因為其自身特點，就需要一類粘性效果佳、早強、應用穩(wěn)定的減水劑。

文中應用水溶液聚合法,將丙烯酸與甲基丙烯磺酸鈉兩類不同分子量的TPEG在水溶液中利用自由基進行反應，合成了具有早強性能的聚羧酸減水劑,并對其性能進行了測試實驗。

1 實驗環(huán)節(jié)

（1）所需原材料及儀器

本文實驗所需材料有:聚氧丙烯醚TPEG-1；聚丙烯醚TPEG-2；丙烯酸(AA)；甲基丙烯磺酸鈉(SMAS)；過硫酸銨（APS）；乙二胺溶液；去離子水等。

所需儀器有:攪拌器、四口瓶、溫度計、回流管等。

（2）早強聚羧酸減水劑的合成方法

在四口瓶中放置TPEG、一定量的水,升高溫度到標準數(shù)值，放入SMAS，進行攪拌之后，加入AA、引發(fā)劑,等加入好之后,反應到目標時刻后不再加熱；放入中和制劑,將pH值中和至7.0。

（3）性能試驗

凈漿與混凝土試驗材料：在這里應用的是冀東P·O42.5普通硅酸鹽水泥。使用S95礦渣粉與II級粉煤灰作為摻合料。使用河砂作為細集料；使用配碎石為粗集料。聚羧酸系減水劑包括，Sika公司的20HE,自制早強型聚羧酸減水劑PC1、通用聚羧酸減水劑PC2。水是自來水。

水泥凈漿流動度的測試：按照規(guī)范標準,選取水泥300g,減水劑摻量(折固)0.2%,水87g。

混凝土性能測試：對其的測試,需要摻入1.0%(20%含固量)減水劑后降低用水量,并確保摻減水劑的混凝土與未摻混凝土的坍落度一致(80±10)mm,統(tǒng)計相關(guān)的減水率、混凝土的和易性,檢測混凝土的抗壓性能。

2 討論

（1）正交實驗

在溫度、濃度、引發(fā)劑、物料投入方法等都一致的情況下，分析單體使用量與聚羧酸減水劑分散性能之間的關(guān)系，獲得正交設(shè)計及測試結(jié)果。能夠得出,各類材料對加入聚羧酸減水劑的水泥漿體流動性的影響情況為:TPEG大于MAS大于AA。

在聚羧酸減水劑引進PEO側(cè)鏈,會造成聚羧酸減水劑的阻力反應變大,減水率升高,不過其密度過大也會干擾到大單體的反應特性,使得主鏈變短,進而影響到減水劑在水泥顆粒表層的吸附性能,水泥拌合物的流動性耗損變大。甲基丙烯磺酸鈉的使用會影響到減水劑的分散性,擴大使用有助于提升其分散性,但大于一定水平后,因為其已有的阻聚特性，會造成聚合物的分子量減少，并會引發(fā)分散特性的降低。在聚合度為54、47的兩類TPEG共同使用情況下,會明顯改善減水劑的分散以及保持特性。因為丙烯酸相對活潑一些,對其的使用過多時，會造成聚合物分子量太大而影響到它的分散特性，因此生成高效減水劑的最優(yōu)比例為，TPEG-1∶TPEG-2∶AA∶MAS=1∶3∶16∶2。

（2）混凝土配合比設(shè)計

混凝土的減水率：選用水泥4.5kg，混凝土的配置比例為，水泥∶砂子∶石子=1∶2.19∶3.73，對應加入V20HE-20、PC1和PC2，生成同樣坍落度的混凝土（80±10）mm，與基準混凝土比較用水量降低情況來算出對應的減水率。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PC-1有著較好的減水率，并且摻量較低。其會有這樣好的減水率是與其自身的分子構(gòu)成相關(guān)的，其主鏈上的羧基官能團、磺酸基官能團形成了極高的吸附力，側(cè)鏈上的聚氧丙烯基使得減水劑形成的立體位阻性提高，就算水泥粒子表面很快形成水化產(chǎn)物層也難以把類似的側(cè)鏈、枝鏈完全覆蓋，水泥分子也就很難實現(xiàn)凝聚，因此對水泥粒子有著明顯的分散性能。

摻加不同外加劑混凝土早期強度：研究發(fā)現(xiàn)，早強聚羧酸減水劑PC-1與西卡V20HE-20相比，其減水率顯著要高，摻加PC-1的混凝土與摻加通用型聚羧酸減水劑的PC-2相比，早期強度也有顯著提升，不過與西卡V20HE-20相比，早期強度還是低一些。

3 結(jié)語

應用水溶液聚合法,將丙烯酸與甲基丙烯磺酸鈉兩類不同分子量的TPEG在水溶液中進行反應，合成了具有早強性能的聚羧酸減水劑,其減水率比自制通用型減水劑低一些，但要遠遠高于西卡V20HE-20，不過早強效果稍弱。

[1]孫寧,曹禹,徐朝華,等.早強型聚羧酸系減水劑的制備及性能研究[J].混凝土與水泥制品,2016(8):14-19.

[2]王錦之,溫中印,曹建鵬,等.聚羧酸類高效減水劑分子結(jié)構(gòu)類型及改性研究進展[J].高分子通報,2015(2):26-31.