趙軍麗，邵華華

(1.武漢科技大學(xué)城市學(xué)院，湖北 武漢 430083; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)材料與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

?

一種具有抗泥作用的兩性聚羧酸減水劑的低溫合成工藝研究

趙軍麗1,2，邵華華2

(1.武漢科技大學(xué)城市學(xué)院，湖北 武漢 430083; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)材料與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

針對(duì)目前混凝土砂石中含泥量高的問(wèn)題，以自制陽(yáng)離子單體(MADA)、丙烯酸(AA)、異戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)為單體，以30%H2O2-次磷酸鈉(SHP)為氧化還原引發(fā)劑，在低溫條件下水溶液中通過(guò)自由基共聚合成了一種兩性聚羧酸減水劑(PCE)。以水泥凈漿流動(dòng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定最優(yōu)合成工藝為：?jiǎn)误w物質(zhì)的量比n(AA)∶n(TPEG)∶n(MADA)為4.0∶1.0∶0.5、30%H2O2用量2.0%、m(H2O2)∶m(SHP)為2.5∶1、反應(yīng)溫度30 ℃、單體滴加時(shí)間3.0 h、保溫時(shí)間2.5 h。采用FTIR表征了兩性PCE的分子結(jié)構(gòu)，采用凝膠滲透色譜(GPC)測(cè)試了兩性PCE的分子量分布，其分子產(chǎn)率達(dá)到96.69%。水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)水灰比為0.29、兩性PCE(Mw為20 180)折固摻量為水泥質(zhì)量的0.15%時(shí)，水泥凈漿初始流動(dòng)度為292 mm，60 min后的流動(dòng)度為295 mm，具有較好的分散性和分散保持性；當(dāng)300 g水泥中泥土摻量高達(dá)5%時(shí)，凈漿仍具有較好的分散性和分散保持性，表明兩性PCE具有較好的抗泥作用。

兩性聚羧酸減水劑； 30%H2O2-次磷酸鈉；分散保持性；抗泥作用

近30多年來(lái)，聚羧酸減水劑(PCE)發(fā)展迅猛，逐漸取代了萘系減水劑在混凝土外加劑中的地位[1-2]。兩性PCE是第4代PCE，適用范圍更廣，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的青睞[3-9]。冉千平等[10]提出了水溶性兩性PCE的結(jié)構(gòu)模型和設(shè)計(jì)理念，指出兩性聚合物可在帶正、負(fù)電荷的礦物表面吸附，因而可提高其分散性能和飽和摻量。Amaya等[11]指出，水溶性兩性聚合物具有很高的減水率和優(yōu)良的保坍作用，并可增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度，適用于超高性能混凝土。兩性PCE中的陽(yáng)離子活性單體可以分為2類：一類是聚合反應(yīng)中直接引入的典型不飽和陽(yáng)離子單體；另一類是不飽和單體在聚合反應(yīng)或者與水泥作用時(shí)顯示陽(yáng)離子性能。

隨著混凝土的優(yōu)質(zhì)砂來(lái)源越來(lái)越少，砂石中含泥量大多超標(biāo)，這使得減水劑的用量大大增加，混凝土性能下降[12-16]。為了有效抑制泥土的影響，作者在30%H2O2-次磷酸鈉氧化還原引發(fā)體系中，以自制陽(yáng)離子單體(MADA)與丙烯酸(AA)、異戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)在水溶液中進(jìn)行自由基聚合，在PCE主鏈上引入帶氨基的基團(tuán)，低溫合成了一種新型兩性PCE；通過(guò)FTIR和凝膠滲透色譜(GPC)對(duì)兩性PCE進(jìn)行了表征，并以水泥凈漿流動(dòng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)其合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與試劑

基準(zhǔn)水泥：P·I 42.5。

馬來(lái)酸酐(MA)、二甘醇胺(DGA)、TPEG(相對(duì)分子質(zhì)量2 400)、AA、30%雙氧水、次磷酸鈉(NaH2PO2·H2O，SHP)、氫氧化鈉、去離子水。

1.2 方法

1.2.1 MADA的合成

在裝有溫度計(jì)、攪拌器、回流冷凝管及加熱裝置的四口燒瓶中，按一定比例依次加入DGA、溶劑、自制復(fù)合催化劑、阻聚劑；待溫度達(dá)到90 ℃時(shí)，少量多次分批加入MA，控制n(MA)∶n(DGA)=1.1∶1;反應(yīng)3 h，待達(dá)到預(yù)定酯化率后，停止反應(yīng)，即得MADA。

1.2.2 兩性PCE的合成

在配有溫控裝置和攪拌裝置的四口燒瓶中依次加入一定量的去離子水、TPEG和MADA，攪拌溶解，然后加入30%H2O2，加熱至30 ℃時(shí)滴加AA溶液，3～4 h滴加完畢，同時(shí)滴加SHP溶液，比AA溶液多滴加30 min；30 ℃保溫1～3 h，待反應(yīng)結(jié)束后，用30%NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為6～7，即得兩性PCE。

1.2.3 結(jié)構(gòu)表征

FTIR表征：將兩性PCE粗品用半透膜進(jìn)行透析過(guò)濾，以除去其中的殘留單體、小分子聚合物(<3 500)及其它雜質(zhì)，得到兩性PCE純品，采用刮膜法進(jìn)行FTIR測(cè)試。

GPC表征：流動(dòng)相為 0.1 mol·L-1NaNO3溶液，流速為1 mL·min-1，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線校正的標(biāo)準(zhǔn)品為聚乙二醇。

1.2.4 水泥凈漿流動(dòng)度的測(cè)定

水泥凈漿流動(dòng)度按GB/T 8077-2012 《混凝土外加劑均質(zhì)性試驗(yàn)方法》測(cè)定。水灰比為0.29，兩性PCE的折固摻量為水泥質(zhì)量的0.15%。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成條件的優(yōu)化

2.1.1 酸醚比n(AA)∶n(TPEG)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

單體比例不同會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因而單體比例對(duì)水泥凈漿的分散性和分散保持性有很大影響[17]，尤其是酸醚比[18]?？刂破渌鼦l件不變，考察酸醚比n(AA)∶n(TPEG)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 n(AA)∶n(TPEG)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

由圖1可知，隨著酸醚比的增大，羧基密度增大，能與水泥顆粒吸附的基團(tuán)增多，吸附能力提高，水泥凈漿初始流動(dòng)度和60 min后的流動(dòng)度均逐漸升高；當(dāng)酸醚比大于4.0∶1.0后，吸附趨于飽和，初始分散性提高有限，而由于初始吸附量的增多，殘留兩性PCE分子數(shù)量減少，不能再有效持續(xù)地進(jìn)行吸附，即60 min后的流動(dòng)度下降，分散保持性降低。所以，綜合考慮初始分散性和分散保持性，選擇最佳酸醚比n(AA)∶n(TPEG)為4.0∶1.0。

2.1.2 堿醚比n(MADA)∶n(TPEG)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

控制其它條件不變，考察堿醚比n(MADA)∶n(TPEG)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 n(MADA)∶n(TPEG)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

MADA在水溶液自由基聚合過(guò)程中引入了酯基和氨基，使PCE具有兩性結(jié)構(gòu)。由圖2可知，隨著堿醚比的增大，即MADA用量的增加，兩性PCE支鏈的正負(fù)電荷比例逐漸達(dá)到最佳，可以更好地吸附在帶正負(fù)電荷的水泥顆粒表面，提高了分散性；當(dāng)堿醚比大于0.5∶1.0后，兩性PCE支鏈的正負(fù)電荷比例改變，導(dǎo)致分散性和分散保持性降低。因此，選擇最佳堿醚比n(MADA)∶n(TPEG)為0.5∶1.0,即最佳單體物質(zhì)的量比n(AA)∶n(TPEG)∶n(MADA)為4.0∶1.0∶0.5。

2.1.3 30%H2O2用量對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

控制其它條件不變，考察30%H2O2用量(即30%H2O2質(zhì)量與單體總質(zhì)量比)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨著30%H2O2用量的增加，水泥凈漿初始流動(dòng)度和60 min后的流動(dòng)度均先升高后降低，在30%H2O2用量為2.0%時(shí)，達(dá)到最高，凈漿的分散性和分散保持性最好。因此，選擇最佳30%H2O2用量為2.0%。

圖3 30%H2O2用量對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

2.1.4m(H2O2)∶m(SHP)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

SHP不僅可以和H2O2組成氧化還原體系，其本身還可起到鏈轉(zhuǎn)移劑的作用。加入氧化還原引發(fā)劑后，在較低溫度下產(chǎn)生自由基，使得聚合反應(yīng)能夠快速進(jìn)行。控制其它條件不變，以30%H2O2-SHP(30%H2O2用量為單體總質(zhì)量的2.0%)作為氧化還原引發(fā)劑，考察m(H2O2)∶m(SHP)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 m(H2O2)∶m(SHP) 對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

由圖4可知，隨著m(H2O2)∶m(SHP)的增大，水泥凈漿初始流動(dòng)度和60 min后的流動(dòng)度均先升高后降低，在m(H2O2)∶m(SHP)為2.5∶1時(shí)，達(dá)到最高，凈漿的分散性和分散保持性最佳。這是因?yàn)?，?dāng)m(H2O2)∶m(SHP)較小時(shí)，產(chǎn)生的活性自由基較少，根據(jù)動(dòng)力學(xué)鏈長(zhǎng)與引發(fā)劑濃度平方根成反比可知，共聚速率較快，且兩性PCE分子呈無(wú)規(guī)則線團(tuán)構(gòu)象，屏蔽了主鏈上減水基團(tuán)的作用，導(dǎo)致水溶液分散性差；當(dāng)m(H2O2)∶m(SHP)較大時(shí)，產(chǎn)生的活性自由基增多，自由基共聚速率減慢，兩性PCE分子不能有效覆蓋水泥顆粒表面，故分散能力差。因此,選擇最佳m(H2O2)∶m(SHP)為2.5∶1。

2.1.5 反應(yīng)溫度對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

聚合反應(yīng)溫度的改變可以調(diào)節(jié)減水劑的分子量和黏度，從而影響分散性能。控制其它條件不變，考察反應(yīng)溫度對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 反應(yīng)溫度對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

由圖5可知，反應(yīng)溫度在25～40 ℃時(shí)，水泥凈漿的分散性和分散保持性較好，在30 ℃時(shí)達(dá)到最佳。這是因?yàn)?，反?yīng)溫度過(guò)低時(shí)，引發(fā)劑的半衰期過(guò)長(zhǎng)，一些殘留引發(fā)劑包裹在聚合單體中，使得自由基濃度降低，自由基分子之間碰撞幾率減小，導(dǎo)致兩性PCE分子量達(dá)不到要求，性能差；隨著反應(yīng)溫度的升高，引發(fā)劑半衰期縮短，自由基濃度升高，自由基分子之間碰撞幾率增大，兩性PCE分子性能得到改善，使得凈漿的分散性和分散保持性都較好；但反應(yīng)溫度過(guò)高時(shí)，引發(fā)劑半衰期過(guò)短，引發(fā)劑在短期內(nèi)就很快分解，不足以保持后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行。因此，選擇最佳反應(yīng)溫度為30 ℃。

2.1.6 單體滴加時(shí)間對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

控制其它條件不變，考察單體滴加時(shí)間對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖6 單體滴加時(shí)間對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

由圖6可知，隨著單體滴加時(shí)間的延長(zhǎng)，水泥凈漿初始流動(dòng)度和60 min后的流動(dòng)度均先升高后降低，在滴加時(shí)間為3.0 h時(shí)，達(dá)到最高。這是因?yàn)?，兩性PCE分子側(cè)鏈上含有一定長(zhǎng)度的聚醚鏈、-COOH、-NH2和-OH，隨著單體滴加時(shí)間的延長(zhǎng)，這些活性基團(tuán)吸附到主鏈上的幾率和數(shù)目都會(huì)增加，使得兩性PCE具有高效的分散作用和保坍作用；但滴加時(shí)間超過(guò)3.0 h后，反應(yīng)單體濃度降低，生成的兩性PCE濃度升高且黏度增大，將未反應(yīng)的單體包裹起來(lái)，影響其分散效果，導(dǎo)致凈漿流動(dòng)度略微下降。因此，選擇最佳單體滴加時(shí)間為3.0 h。

2.1.7 保溫時(shí)間對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

反應(yīng)時(shí)間對(duì)自由基聚合過(guò)程影響很大。本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間包括引發(fā)劑滴加時(shí)間和保溫時(shí)間。由于單體滴加時(shí)間為3.0 h，引發(fā)劑滴加時(shí)間比單體滴加時(shí)間多30 min，即為3.5 h。保溫時(shí)間對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響如圖7所示。

圖7 保溫時(shí)間對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

由圖7可知，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，水泥凈漿初始流動(dòng)度和60 min后的流動(dòng)度均先升高后降低，在保溫時(shí)間為2.5 h時(shí)，達(dá)到最高。這是因?yàn)椋磻?yīng)初期，單體的濃度大，生成的兩性PCE濃度低且分子量小，分散作用差；隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，具有分散位阻作用的活性單體越來(lái)越多地增加到主鏈上，兩性PCE的分子量和濃度相應(yīng)增大，分散作用增強(qiáng)；但繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，副反應(yīng)發(fā)生幾率增大，兩性PCE的分散性能和保坍性能反而下降。因此，選擇最佳保溫時(shí)間為2.5 h。

綜上，確定兩性PCE的最佳合成條件為：?jiǎn)误w物質(zhì)的量比n(AA)∶n(TPEG)∶n(MADA)為4.0∶1.0∶0.5、30%H2O2用量2.0%、m(H2O2)∶m(SHP)為2.5∶1、反應(yīng)溫度30 ℃、單體滴加時(shí)間3.0 h、保溫時(shí)間2.5 h。

2.2 結(jié)構(gòu)和性能測(cè)試

2.2.1 FTIR表征(圖8)

圖8 MADA(a)和兩性PCE(b)的紅外光譜

由圖8a可知，3 432.19 cm-1處為氨基N-H和羧基O-H的伸縮振動(dòng)峰，2 952.21 cm-1和2 878.88 cm-1處為-CH3和-CH2的伸縮振動(dòng)峰，1 710.42 cm-1處為酸酐酯化反應(yīng)后由于共軛效應(yīng)而向低波數(shù)移動(dòng)的C=O振動(dòng)峰，1 628.52 cm-1處為C=C的伸縮振動(dòng)峰，說(shuō)明MADA具有可聚合的C=C；1 574.63 cm-1處主要是氨基N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰，1 470.58 cm-1處為-CH2彎曲振動(dòng)峰，1 234.19 cm-1處為羧酸和酯的C-O伸縮振動(dòng)峰，1 125.10 cm-1處為醚(C-O-C)的伸縮振動(dòng)峰，1 060.14 cm-1處為胺的C-N伸縮振動(dòng)峰。表明，MADA中含有羰基、羥基、氨基、醚、不飽和的碳碳雙鍵等基團(tuán)，與預(yù)先設(shè)計(jì)的活性單體分子結(jié)構(gòu)基本相符。

由圖8b可知，3 500.52 cm-1處強(qiáng)而寬的吸收峰為O-H伸縮振動(dòng)峰和N-H伸縮振動(dòng)峰的疊加峰，2 873.01 cm-1處為-CH2伸縮振動(dòng)峰，1 717.71 cm-1處為締合的羧基和酯的C=O伸縮振動(dòng)峰，1 642.40 cm-1處為氨基N-H的變形振動(dòng)峰，1 584.33 cm-1處為-COO-伸縮振動(dòng)峰，1 459.21 cm-1處為-CH2的變形振動(dòng)峰，1 352.14 cm-1處為C-N伸縮振動(dòng)峰，1 250.12 cm-1處為羧酸和酯的C-O伸縮振動(dòng)峰，1 107.87 cm-1處為醚(C-O-C)的伸縮振動(dòng)峰，949.95 cm-1處為O-H的面外變形振動(dòng)峰，845.64 cm-1處為C-O的面內(nèi)變形振動(dòng)峰。表明，兩性PCE分子內(nèi)含有氨基、羧基、酯和聚醚等官能團(tuán)，與預(yù)先設(shè)計(jì)的官能團(tuán)基本相符。

2.2.2 GPC表征

兩性PCE的分子量分布如圖9所示。

圖9 兩性PCE的分子量分布

GPC測(cè)得兩性PCE的Mw為20 180、Mn為9 918、分子量分布指數(shù)Mw/Mn為2.035，Mw為20 180的分布面積為96.69%。表明，合成的兩性PCE的分子量分布較窄，產(chǎn)率較高。

在水灰比為0.29、兩性PCE的折固摻量為水泥質(zhì)量的0.15%時(shí)，不同分子量的兩性PCE對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響如表1所示。

表1 不同分子量的兩性PCE對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響Tab.1 Effect of amphoteric PCE with different molecular weights on cement paste fluidity

從表1可知，分子量低于10 000時(shí)，水泥凈漿初始流動(dòng)度和60 min后的流動(dòng)度都很低；隨著分子量的增大，初始流動(dòng)度和60 min后的流動(dòng)度均逐漸升高，在分子量為20 000左右時(shí)，處于較高值，即凈漿的分散性和分散保持性較好；當(dāng)分子量超過(guò)30 000后，分散保持性下降較多。這可能是因?yàn)椋肿恿啃r(shí)，分子體積小，在水泥顆粒表面的吸附層薄，水泥水化反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，形成的吸附層容易被水化產(chǎn)物覆蓋，導(dǎo)致水泥凈漿初始流動(dòng)度和60 min后的流動(dòng)度較低；只有當(dāng)分子量適當(dāng)時(shí)，凈漿的分散性和分散保持性才較好。2.2.3 泥土摻量對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

泥土?xí)?duì)減水劑產(chǎn)生吸附作用，導(dǎo)致減水劑用量的增加及混凝土強(qiáng)度的下降。在兩性PCE折固摻量為水泥質(zhì)量的0.15%時(shí)，選取重慶某地的機(jī)制砂，烘干，過(guò)200目篩，得到泥土，將其摻入水泥中，考察泥土摻量(即泥土質(zhì)量與300 g水泥的比)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響，結(jié)果如圖10所示。

圖10 泥土摻量對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

由圖10可知，隨著泥土摻量的增加，水泥凈漿初始流動(dòng)度和60 min后的流動(dòng)度均逐漸下降，即分散保持性下降。在泥土摻量高達(dá)5%時(shí)，凈漿初始流動(dòng)度為250 mm，60 min后的流動(dòng)度為222 mm，凈漿仍具有較好的分散性和分散保持性；但泥土摻量超過(guò)5%后，由于泥土大的比表面積和對(duì)減水劑強(qiáng)的吸附作用，水泥凈漿初始流動(dòng)度和60 min后的流動(dòng)度均大幅下降。

2.3 作用機(jī)理探討

圖11 兩性PCE分子結(jié)構(gòu)

通過(guò)合成工藝研究，對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使-COO-、-COOR、-NH2以及聚醚側(cè)鏈達(dá)到合適的比例，使得合成的兩性PCE加入到水泥和泥土的混合凈漿中后既具有一定的初始吸附量，又可通過(guò)-COOR的水解持續(xù)對(duì)水泥和泥土顆粒進(jìn)行吸附，通過(guò)-NH2和短醚基側(cè)鏈的潤(rùn)滑作用提高水化程度，從而使其具有良好的分散性及分散保持性，表現(xiàn)出較好的抗泥作用。

3 結(jié)論

(1)以AA、TPEG和自制的MADA為單體，以30%H2O2-SHP為氧化還原引發(fā)劑，合成了一種兩性PCE。最佳合成條件為：?jiǎn)误w物質(zhì)的量比n(AA)∶n(TPEG)∶n(MADA)為4.0∶1.0∶0.5、30%H2O2用量2.0%、m(H2O2)∶m(SHP)為2.5∶1、反應(yīng)溫度30 ℃、單體滴加時(shí)間3.0 h、保溫時(shí)間2.5 h。

(2)FTIR分析表明，兩性PCE分子內(nèi)含有氨基、羧基、酯和聚醚等官能團(tuán)，說(shuō)明產(chǎn)品引入了預(yù)先設(shè)計(jì)的官能團(tuán)。GPC測(cè)試結(jié)果表明，兩性PCE分子量為20 180時(shí)性能較好，分子產(chǎn)率達(dá)到96.69%。

(3)在水灰比為0.29、兩性PCE(Mw為20 180)的折固摻量為水泥質(zhì)量的0.15%時(shí)，水泥凈漿初始流動(dòng)度為292 mm，60 min后的流動(dòng)度為295 mm，具有較好的分散性和分散保持性；在300 g水泥中泥土摻量高達(dá)5%時(shí)，凈漿的分散性和分散保持性仍然較好，表明兩性PCE具有較好的抗泥作用。

[1] 卞榮兵,沈健.聚羧酸混凝土高效減水劑的合成和研究現(xiàn)狀[J].精細(xì)化工,2006,23(2):179-182.

[2] 汪海平,陳正國(guó).聚羧酸類高效減水劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].膠體與聚合物,2004,22(4):31-33.

[3] GUO W J,SUN N,QIN J J,et al.Synthesis and properties of an amphoteric polycarboxylic acid-based superplasticizer used in sulfoaluminate cement[J].Journal of Applied Polymer Science,2012,125(1):283-290.

[4] MIAO C W,RAN Q P,LIU J P,et al.New generation amphoteric comb-like copolymer superplasticizer and its properties[J].Polymers & Polymer Composites,2011,19(1):1-8.

[5] CAO Q,LV S H,LI D.Study on dispersion properties of an amphoteric polycarboxylate superplasticizer on cement pastes[J].Advanced Materials Research,2012,502:208-211.

[6] BANDOH H,DANZINGER W M,IMAMURA J,et al.Cement dispersant and concrete composition contain the dispersant:US 7393886 B2[P].2008-07-01.

[7] 蔣卓君,方云輝,溫慶如,等.新型兩性型聚羧酸減水劑的制備研究[J].新型建筑材料,2011,38(8):47-49.

[8] 梁曉彤,張煒,黎錦霞,等.陽(yáng)離子型聚羧酸系減水劑的常溫合成及性能研究[J].廣東建材,2016,32(4):3-5.

[9] 張方財(cái).一種兩性聚羧酸系減水劑的合成及性能研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué),2016.

[10] 冉千平,劉加平,繆昌文,等.兩性羧酸類接枝共聚物混凝土超塑化劑的制備與性能評(píng)價(jià)[J].新型建筑材料,2005,32(12):54-56.

[11] AMAYA T,IEDA A,IMAMURA J,et al.Cement dispersant and concrete composition containing the dispersant:US 6680348B[P].2004-01-20.

[12] 李崇智,祁艷軍,何光明,等.機(jī)制砂石骨料與減水劑適應(yīng)性的試驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2008,11(6):642-646.

[13] 王林.粘土礦物對(duì)聚羧酸減水劑性能的影響及機(jī)理研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2014.

[14] 王子明,吳昊,徐瑩,等.黏土對(duì)聚羧酸減水劑應(yīng)用性能的抑制機(jī)理[J].建筑材料學(xué)報(bào),2014,17(2):234-238.

[15] NG S,PLANK J.Interaction mechanisms between Na montmorillonite clay and MPEG-based polycarboxylate superplasticizers[J].Cement & Concrete Research,2012,42(6):847-854.

[16] LEI L,PLANK J.A concept for a polycarboxylate superplasticizer possessing enhanced clay tolerance[J].Cement & Concrete Research,2012,42(10):1299-1306.

[17] SAKAI E,YAMADA K,OHTA A.Molecular structure and dispersion-adsorption mechanisms of comb-type superplasticizers used in Japan[J].Journal of Advanced Concrete Technology,2003,1(1):16-25.

[18] 李崇智,劉駿超,王琴,等.酸醚比對(duì)聚羧酸系減水劑組成與性能的影響研究[J].新型建筑材料,2013,40(12):80-83.

[19] UCHIKAWA H,HANEHARA S,SAWAKI D.The role of steric repulsive force in the dispersion of cement particles in fresh paste prepared with organic admixture[J].Cement & Concrete Research,1997,27(1):37-50.

[20] LI C Z,FENG N Q,LI Y D,et al.Effects of polyethylene oxide chains on the performance of polycarboxylate-type water-reducers[J].Cement & Concrete Research,2005,35(5):867-873.

[21] 劉加平,董思勤,俞寅輝,等.長(zhǎng)側(cè)鏈兩性聚羧酸系減水劑對(duì)水泥早期水化的影響[J].功能材料,2014,45(S1):95-98.

[22] ZINGG A,WINNEFELD F,HOLZER L,et al.Adsorption of polyelectrolytes and its influence on the rheology,zeta potential,and microstructure of various cement and hydrate phases[J].Journal of Colloid & Interface Science,2008,323(2):301-312.

Synthesis of A Kind of Amphoteric Polycarboxylate Superplasticizer with Clay Tolerance at Low Temperature

ZHAO Jun-li1,2,SHAO Hua-hua2

(1.CityCollege,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430083,China; 2.FacultyofMaterialsScienceandChemistry,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)

Aimingatthehighclaycontentinconcrete,usingself-madecationicmonomer(MADA),maleicanhydride(AA),isoamylalcoholpolyoxyethyleneether(TPEG)asmonomers,30%H2O2-sodiumhypophosphite(SHP)asaredoxinitiator,wesynthesizedonekindofamphotericpolycarboxylatesuperplasticizer(PCE)throughfreeradicalcopolymerizationinanaqueoussolutionatalowtemperature.Usingcementpastefluidityasanevaluationindex,theoptimumsyntheticconditionswereobtainedasfollows:n(AA)∶n(TPEG)∶n(MADA)of4.0∶1.0∶0.5,H2O2(30%)dosageof2.0%,m(H2O2)∶m(SHP)of2.5∶1,reactiontemperatureof30 ℃,monomeraddingtimeof3.0h,andholdingtimeof2.5h.MolecularstructureofamphotericPCEwascharacterizedbyFTIR.MolecularweightdistributionofamphotericPCEwastestedbyGPC,andthemolecularyieldofamphotericPCEreached96.69%.Resultsofthetestofcementpastefluidityindicatedthat,whentheadditionamountofnetamphotericPCE(Mw=20 180)was0.15%ofcementmass,andwater-cementratiowas0.29,thepastehadbetterdispersityanddispersionstabilitywiththeinitialfluidityof292mmandthefluidityof295mmafter60min.When5%claywasaddedinto300gcement,thepastestillhadbetterdispersityanddispersionstability,whichindicatedamphotericPCEhadexcellentclaytolerance.

amphotericpolycarboxylatesuperplasticizer;30%H2O2-sodiumhypophosphite;dispersionstability;claytolerance

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究計(jì)劃指導(dǎo)性項(xiàng)目(B2013243)

2017-03-16

趙軍麗(1973-)，女，河北人，博士研究生，研究方向：材料科學(xué)與工程,E-mail:icpc@sohu.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2017.06.010

TQ463.25 TQ172

A

1672-5425(2017)06-0045-06

趙軍麗，邵華華.一種具有抗泥作用的兩性聚羧酸減水劑的低溫合成工藝研究[J].化學(xué)與生物工程，2017，34(6)：45-50，64.