非泥土敏感型聚羧酸減水劑的合成及分散性能研究

姚曉鵬　 楊曉峰　 蘇榮　 劉昭洋　 李茜茜

摘 要：為解決在實(shí)際工程應(yīng)用中，混凝土骨料中的粘土吸附聚羧酸減水劑從而導(dǎo)致混凝土工作性能變差的問(wèn)題。以烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、醋酸乙烯酯、2丙烯酰胺2甲基丙磺酸、苯乙烯為原料按照一定摩爾比合成非泥土敏感型聚羧酸減水劑；并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到較優(yōu)的單體配比為nAPEG∶nMAA∶nHEA∶nAMPS∶nSt=1∶2.5∶1∶0.5∶ 0.2，與摻加普通聚羧酸減水劑的混凝土相比，含泥量8%時(shí)，摻加該減水劑的混凝土擴(kuò)展度0 h和1 h 分別提高了10.2%、12.9%，3d、7d及28 d 抗壓強(qiáng)度分別提高了15.2%、14.5%和10.8%。

關(guān)鍵詞：泥土非敏感；聚羧酸減水劑；水泥分散；抗壓強(qiáng)度

The Synthesis and Dispersing Performance of Clayresistant

Polycarboxylate Superplasticizer

Yao Xiaopeng Yang Xiaofeng Su Rong Liu Zhaoyang Li Xixi

Shijiazhuang Changanyucai Building Materials Co. Ltd Shijiazhuang He Bei 050000

Abstract：To solve the solution of the absorb of the polycarboxylate superplasticizer （PCE） by clay which leading to bad workability， the clayresistant PCE was fabricated with acrylic polyoxyethylene glycols， methacrylic acid， vinyl acetate， 2acrylamide2methyl prosulfonic acid， and styrene. The results reveal that， the optimum percentage of the PCE is nAPEG∶nMAA∶nHEA∶nAMPS∶nSt=1∶2.5∶1∶0.5∶ 0.2. Furthermore， compared with the conditional PCE，the minislump extension of the initial time and 1 hour with clayresistant PCE is 10.2% and 12.9%， and the compressive strength of 3 days， 7 days and 28 days improve15.2%、14.5% and 10.8%， respectively.

Keywords： clayresistant；polycarboxylate superplasticizer；dispersion；compressive strength

近年來(lái)，由于聚羧酸系減水劑（PCE）摻量低、抗壓強(qiáng)度高，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，成為減水劑的未來(lái)發(fā)展方向[1]。然而，隨著國(guó)內(nèi)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，天然砂石骨料資源日益緊缺，質(zhì)量穩(wěn)定、含泥量低、顆粒級(jí)配合理的砂石骨料越來(lái)越少。然而，大量的工程實(shí)例及實(shí)驗(yàn)研究表明，與萘系及氨基磺酸系等減水劑相比，PCE對(duì)骨料的含泥量更為敏感，導(dǎo)致減水分散性能差、經(jīng)時(shí)損失快、抗壓強(qiáng)度低[2]。然而，在含泥量高的情況下，提高PCE的摻量易產(chǎn)生泌水、離析分層等問(wèn)題，因此亟需研制出一種能夠降低泥土敏感度的PCE，并對(duì)PCE的廣泛推廣與應(yīng)用起到重要的推動(dòng)作用。

針對(duì)骨料砂石含泥量高的問(wèn)題，越來(lái)越多國(guó)內(nèi)外學(xué)者專家對(duì)泥土對(duì)PCE的吸附機(jī)理及降低泥土敏感型的PCE進(jìn)行了研究，Plank[3]等認(rèn)為PCE的側(cè)鏈進(jìn)入到了粘土礦物的層間，并通過(guò)氫鍵作用吸附在粘土礦物的層間。陳國(guó)新[4]等通過(guò)合成季銨鹽低聚物，并將其與異戊烯醇聚氧乙烯醚、羧酸衍生物及氨基三亞甲基膦酸等聚合制得一種抗泥型聚羧酸減水劑，實(shí)驗(yàn)表明，隨含泥量的提高，與普通PCE相比，該減水劑分散性能好、適應(yīng)性更強(qiáng)。本課題組劉昭陽(yáng)[5]等，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以磷酸鈉、葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、苯扎氯銨、羥基乙叉二膦酸為原料研制了一種泥土吸附劑，有效降低了泥土對(duì)PCE的副作用。

本文通過(guò)采用新型引發(fā)體系，使用疏水性更強(qiáng)的甲基丙烯酸、2丙烯酰胺2甲基丙磺酸、及丙烯酸羥乙酯與大單體進(jìn)行共聚，并通過(guò)接枝苯乙烯，改變了聚羧酸主鏈的剛性程度，有效改善了在含泥量較高的情況下減水劑的分散性。從而使混凝土的性能得到明顯改善，解決了PCE在含泥量高的混凝土中適應(yīng)性差的問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 合成

將苯乙烯（St）、2丙烯酰胺2甲基丙磺酸（AMPS）、烯丙基聚氧乙烯醚（APEG），選用甲苯作為溶劑，偶氮二異丁氰（AIBN）為引發(fā)劑。升溫到反應(yīng)溫度50℃，將甲基丙烯酸（MAA）、丙烯酸羥乙酯（HEA）、甲基丙烯磺酸鈉（SMAS）攪拌均勻后，滴加3小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除甲苯，加水制得樣品。

1.2 性能檢測(cè)

依照標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》（GB/T 80762008）、《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 500802002）對(duì)所制得的非泥土敏感型PCE進(jìn)行混凝土檢測(cè)，配合比見(jiàn)表1，并用不同含量粘土（0%、5%、8%）替代膠凝材料進(jìn)行混凝土試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 各功能單體對(duì)減水劑分散性能的影響

通過(guò)考察各功能單體與大單體不同摩爾比在不同含泥量下對(duì)水泥分散性能的影響確定最優(yōu)單體合成比例，其中，采用基準(zhǔn)水泥，折固摻量0.36%，不同含泥量下水泥凈漿流動(dòng)度隨各功能單體用量的變化曲線見(jiàn)圖1～4。

由圖1、圖2可見(jiàn)，隨著MAA和AMPS用量的增加，凈漿流動(dòng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，這是由于羧基、磺酸基密度對(duì)減水劑的分散性能有較大影響，電荷密度增大，靜電斥力增強(qiáng)，有利于減水劑分散性能的提高，然而隨著電荷密度繼續(xù)增大，長(zhǎng)側(cè)鏈密度變小，使其不能有效發(fā)揮空間位阻作用，分散性能受到影響。綜合考慮，選用MAA：APEG摩爾比2.5， AMPS：APEG摩爾比0.5。

由圖3可見(jiàn)，在不含泥的條件下，HEA的用量增加到一定量時(shí)，凈漿流動(dòng)度減小，1h流動(dòng)度先增大后減小，但在具有較高含泥量的水泥凈漿中，初始和1h流動(dòng)度均先增加后減小，隨著HEA的增加，經(jīng)時(shí)損失減小。這是由于酯類基團(tuán)在水泥的堿性條件下水解產(chǎn)生羧酸基團(tuán)，緩解了由泥土吸附所引起經(jīng)時(shí)損失快的問(wèn)題。綜合考慮，選用HEA：APEG摩爾比1.0。

圖4可見(jiàn)，由于St不帶電荷，添加到用量時(shí)，主鏈電荷密度降低，流動(dòng)度減小，但隨含泥量的提高，流動(dòng)度先增加后減小，這是由于苯環(huán)增加了主鏈的剛性程度，有效改善了在含泥量較高的情況下減水劑的分散性。綜合考慮，選用St與APEG摩爾比0.2。因此，最優(yōu)單體配比為nAPEG∶nMAA∶nHEA∶nAMPS∶nSt=1∶2.5∶1∶0.5∶ 0.2。

2.2 非泥土敏感型PCE的性能研究

本文對(duì)優(yōu)化后的最佳配方PC1與普通聚羧酸減水劑PC2進(jìn)行混凝土試驗(yàn)對(duì)其流動(dòng)度和抗壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，含泥量對(duì)其初始及1小時(shí)后流動(dòng)度的影響明顯小于普通PCE，表明該減水劑對(duì)泥土的敏感性較低。除此之外，隨含泥量的增加，強(qiáng)度均逐漸降低，相較于普通PCE，摻加非泥土敏感型PCE混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯較高。因此，通過(guò)引入苯環(huán)改變主鏈剛性，引入具有減水和保坍功能的疏水性短側(cè)鏈，可明顯改善含泥量高骨料配置混凝土的流動(dòng)性、保坍性和強(qiáng)度等，這是單通過(guò)增加PCE摻量所無(wú)法達(dá)到的。

3 結(jié)論

（1）本文制備了一種非泥土敏感聚羧酸減水劑，通過(guò)在不同含泥量下研究各功能單體對(duì)減水劑分散性能的影響，確定最優(yōu)配方為大單體：甲基丙烯酸：丙烯酸羥乙酯：2丙烯酰胺2甲基丙磺酸：苯乙烯為1：2.5：1：0.5：0.2。

（2）與摻加普通聚羧酸減水劑的混凝土相比，含泥量8%時(shí)，使用非泥土敏感型聚羧酸減水劑的擴(kuò)展度0 h和1 h 分別提高了10.2%、12.9%，混凝土坍落度0 h和1 h及28 d 抗壓強(qiáng)度分別提高了15.2%、14.5%和10.8%。

參考文獻(xiàn)：

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