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(yuǎn) 511500）

超早強(qiáng)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(yuǎn) 511500）

通過(guò)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(jìn)行反應(yīng)，合成了具有早強(qiáng)性能的聚羧酸減水劑。對(duì)該減水劑的性能進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度,適用于配制高性能混凝土。

早強(qiáng)型聚羧酸減水劑；合成；性能

聚羧酸系減水劑是當(dāng)前較為新型的減水劑,具有以下優(yōu)點(diǎn)，減水率高、收縮性小、適應(yīng)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(huì)排放廢液，所以對(duì)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(guó)生產(chǎn)制造的產(chǎn)品與國(guó)際上的發(fā)達(dá)國(guó)家相比已越來(lái)越接近,但在早強(qiáng)型的聚羧酸系減水劑領(lǐng)域,還有一定差距，這對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市建設(shè)非常不利。而近些年，我國(guó)的大型建設(shè)工程不斷，對(duì)預(yù)制混凝土的使用極為渴求，所以，對(duì)早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的研究迫在眉睫。

因?yàn)榫埕人嵯禍p水劑的減水率較好,能夠有效減少膠凝材料的使用,進(jìn)而增強(qiáng)混凝土的彈性、減弱收縮裂變的可能。此外,預(yù)制混凝土還需要具有一定的早期強(qiáng)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(qiáng)混凝土管樁是近段時(shí)間發(fā)展迅速、使用范圍較廣的產(chǎn)品，其有著以下優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)度較高、承載力較強(qiáng)、應(yīng)用方便等，已在許多領(lǐng)域應(yīng)用。對(duì)于其生產(chǎn)來(lái)講,更是想要減少某些蒸養(yǎng)環(huán)節(jié),以達(dá)成零能耗。因?yàn)槠渥陨硖攸c(diǎn)，就需要一類粘性效果佳、早強(qiáng)、應(yīng)用穩(wěn)定的減水劑。

文中應(yīng)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(jìn)行反應(yīng)，合成了具有早強(qiáng)性能的聚羧酸減水劑,并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

（1）所需原材料及儀器

本文實(shí)驗(yàn)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(guò)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(jì)、回流管等。

（2）早強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，放入SMAS，進(jìn)行攪拌之后，加入AA、引發(fā)劑,等加入好之后,反應(yīng)到目標(biāo)時(shí)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(yàn)

凈漿與混凝土試驗(yàn)材料：在這里應(yīng)用的是冀東P·O42.5普通硅酸鹽水泥。使用S95礦渣粉與II級(jí)粉煤灰作為摻合料。使用河砂作為細(xì)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(qiáng)型聚羧酸減水劑PC1、通用聚羧酸減水劑PC2。水是自來(lái)水。

水泥凈漿流動(dòng)度的測(cè)試：按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),選取水泥300g,減水劑摻量(折固)0.2%,水87g。

混凝土性能測(cè)試：對(duì)其的測(cè)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(jì)相關(guān)的減水率、混凝土的和易性,檢測(cè)混凝土的抗壓性能。

2 討論

（1）正交實(shí)驗(yàn)

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(jì)及測(cè)試結(jié)果。能夠得出,各類材料對(duì)加入聚羧酸減水劑的水泥漿體流動(dòng)性的影響情況為:TPEG大于MAS大于AA。

在聚羧酸減水劑引進(jìn)PEO側(cè)鏈,會(huì)造成聚羧酸減水劑的阻力反應(yīng)變大,減水率升高,不過(guò)其密度過(guò)大也會(huì)干擾到大單體的反應(yīng)特性,使得主鏈變短,進(jìn)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(dòng)性耗損變大。甲基丙烯磺酸鈉的使用會(huì)影響到減水劑的分散性,擴(kuò)大使用有助于提升其分散性,但大于一定水平后,因?yàn)槠湟延械淖杈厶匦?，?huì)造成聚合物的分子量減少，并會(huì)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(huì)明顯改善減水劑的分散以及保持特性。因?yàn)楸┧嵯鄬?duì)活潑一些,對(duì)其的使用過(guò)多時(shí)，會(huì)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(jì)

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(duì)應(yīng)加入V20HE-20、PC1和PC2，生成同樣坍落度的混凝土（80±10）mm，與基準(zhǔn)混凝土比較用水量降低情況來(lái)算出對(duì)應(yīng)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(huì)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(tuán)、磺酸基官能團(tuán)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(shí)現(xiàn)凝聚，因此對(duì)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(qiáng)度：研究發(fā)現(xiàn)，早強(qiáng)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(qiáng)度也有顯著提升，不過(guò)與西卡V20HE-20相比，早期強(qiáng)度還是低一些。

3 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)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(jìn)行反應(yīng)，合成了具有早強(qiáng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于西卡V20HE-20，不過(guò)早強(qiáng)效果稍弱。

[1]孫寧,曹禹,徐朝華,等.早強(qiáng)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(jìn)展[J].高分子通報(bào),2015(2):26-31.