陳文紅，鄧?yán)?，蔣禹，艾玲，李劍梅

[科之杰新材料集團（貴州）有限公司，貴州 龍里 551206]

0 前言

聚羧酸減水劑從20世紀(jì)80年代開始不斷發(fā)展，起初由日本媒觸公司開始研究并生產(chǎn)，隨后歐美地區(qū)及我國也掀起聚羧酸減水劑的研究熱潮[1]。目前市場上生產(chǎn)的聚羧酸減水劑從性能上可分為減水型、保坍型、超緩釋型、早強型、降黏型等[2]，由于其生產(chǎn)技術(shù)成熟，生產(chǎn)工藝相對簡單，經(jīng)濟適用，分子結(jié)構(gòu)多樣化且可控制，在低摻量情況下具有較高的混凝土減水率等優(yōu)點，已成為建筑工程中不可或缺的外加劑之一。

國內(nèi)聚羧酸生產(chǎn)廠家主要通過改性聚醚、丙烯酸及丙烯酸衍生物等為原料合成減水緩釋型聚羧酸減水劑。由于丙烯酸空間位相對較小和含有親水性羧基官能團，其合成的聚羧酸減水劑對水泥、砂石等物料吸附性及分散性較好[3]。但砂石等原材料復(fù)雜多變，混凝土性能要求越來越高，普通聚羧酸減水劑達不到現(xiàn)場施工的要求。因而需要引入特定功能性單體對聚羧酸減水劑進行改性，通常需要引入酯類單體[4]、含氮單體及含磷單體等對聚羧酸減水劑進行改性，以使其性能能夠滿足混凝土現(xiàn)場施工要求。

為了解決混凝土初始攪拌狀態(tài)及后期坍落度與擴展度保持能力等問題，要求聚羧酸減水劑具有“減水+緩釋”等功能。本研究采用改性聚醚（TPEG）、丙烯酸（AA）、丙烯酸羥丙酯（HEA）、聚乙二醇酯化大單體進行自由基聚合反應(yīng)。聚乙二醇酯化大單體的引入可有效改善混凝土流動性、保水性、粘聚性等問題，有利于混凝土現(xiàn)場施工。

1 試驗

1.1 主要原材料與儀器設(shè)備（見表1、表2）

表1 試驗原材料

表2 主要儀器設(shè)備

1.2 減水保坍型聚羧酸母液的制備

向帶有攪拌器的反應(yīng)釜中加入TPEG3000（220 g），PCM（2.5 g）和水（160.75 g），溫度升高至35℃攪拌至溶液為無色透明，同時滴加A、B、C三種溶液，其中A液為AA（18 g）與水（20 g）的混合液，B液為Vc（0.3 g）、TGA（0.75 g）與水（30 g）的混合液，C液為H2O（21.1 g）與水（30 g）的混合液。A液滴加反應(yīng)2 h，B、C液滴加反應(yīng)2.5 h，35℃恒溫反應(yīng)1 h后，加入固體NaOH（3 g）攪拌至溶解，得到無色透明、固含量為50%的減水保坍型聚羧酸母液SC。

1.3 性能測試方法

（1）水泥凈漿流動度：按照GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》進行測試，水灰比為0.29，外加劑折固摻量為0.20%。

（2）混凝土性能測試：參照GB 8076—2008《混凝土外加劑》進行C30混凝土性能試驗，外加劑固含量為15%，摻量為1.80%，混凝土配合比如表3所示。

表3 試驗混凝土配合比 kg/m3

2 結(jié)果與分析

2.1 GPC分析

對合成的減水保坍型聚羧酸母液SC進行GPC分析，結(jié)果見圖1和表4。

圖1 減水保坍型聚羧酸母液SC的GPC積分曲線

表4 SC的GPC數(shù)據(jù)分析

由圖1和表4可知，減水保坍型聚羧酸母液SC在17 min時出現(xiàn)尖峰，峰值分子質(zhì)量Mp為35 208，其重均分子質(zhì)量Mw為47 659，多分散系數(shù)為1.60，22.5 min時出現(xiàn)較小峰，峰值分子質(zhì)量Mp為1085，分子質(zhì)量分布較窄，從2個峰積分面積比可看出反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較高，高達92.72%。

2.2 紅外光譜分析

對減水保坍型聚羧酸母液SC進行紅外光譜分析，結(jié)果見圖2。

由圖2可見，3502 cm-1處為羥基—OH的伸縮振動吸收峰，2871 cm-1處為烷基—C—H的伸縮振動吸收峰，1455 cm-1和1350 cm-1處為烷基—C—H的面內(nèi)彎曲振動吸收峰，1726 cm-1處為羰基C=O的伸縮振動吸收峰，1107 cm-1處為醚鍵C—O—C的伸縮振動吸收峰。可推測SC可能的結(jié)構(gòu)式如圖3所示。

圖2 減水保坍型聚羧酸母液SC的紅外光譜

圖3 減水保坍型聚羧酸母液SC的分子結(jié)構(gòu)

2.3 水泥凈漿試驗

將合成的減水保坍型聚羧酸母液SC與市售同類型母液（JS）進行水泥凈漿流動度對比試驗，外加劑折固摻量均為0.20%，測試結(jié)果如表5所示。

表5 SC和JS的水泥凈漿試驗結(jié)果

由表5可知，摻市售同類型母液JS的水泥凈漿初始流動度為182 mm，1 h流動度為186 mm，2 h流動度大幅減小至136 mm，2 h經(jīng)時流動度損失達46 mm；相同摻量條件下，摻減水保坍母液SC的水泥凈漿初始流動度為206 mm，1 h流動度增大至228 mm，2 h流動度為212 mm，2 h經(jīng)時流動度損失為-6mm。表明合成的減水保坍母液SC的分散性和分散保持性均優(yōu)于市售同類型母液JS。

2.4 混凝土應(yīng)用性能

為比較2種母液混凝土應(yīng)用性能的差異，將市售減水緩釋母液JS與合成的減水保坍型聚羧酸母液SC加水稀釋至固含量為15%的外加劑溶液，然后按表3配合比進行C30混凝土試驗?；炷翑嚢铏C攪拌時間設(shè)定為2 min，觀察混凝土出機狀態(tài)，結(jié)果見圖4。2種混凝土的性能測試結(jié)果如表6所示。

圖4 摻JS與SC的混凝土出機狀態(tài)對比

由圖4可見：摻市售外加劑JS的混凝土，漿體較少且混凝土較為黏稠，流動性稍差，少許石子裸露于混凝土表面；摻合成減水保坍型聚羧酸母液SC的混凝土流動性較好，漿體富余，漿體對石子的包裹性較好。從混凝土狀態(tài)看，摻SC混凝土的流動性、保水性、粘聚性明顯優(yōu)于摻JS的混凝土。

表6 混凝土性能測試結(jié)果

由表6可見：

（1）摻外加劑JS的混凝土初始坍落度為215 mm、擴展度550 mm，混凝土經(jīng)時2 h坍落度損失為35 mm、擴展度損失為55 mm。相同摻量條件下，與摻JS的混凝土相比，摻SC的混凝土初始坍落度增大5 mm，擴展度增大25 mm；同時，混凝土坍落度和擴展度的2 h經(jīng)時損失較小，2 h坍落度損失為5 mm，2 h擴展度損失為35mm。

（2）摻JS和SC混凝土的含氣量相差不明顯，混凝土凝結(jié)時間相同。

（3）摻SC混凝土的3、7、28 d抗壓強度分別較摻JS的混凝土提高了3.1、3.2、2.3 MPa。

從上述混凝土性能測試結(jié)果可知，合成的減水保坍型聚羧酸母液（SC）配制成15%外加劑應(yīng)用于混凝土?xí)r，能明顯改善混凝土的流動性能，提高混凝土的保水性和保坍性，且在一定程度上提高了混凝土的抗壓強度，具有較高的應(yīng)用價值。

3 結(jié)論

（1）由GPC分析結(jié)果可知，合成的減水保坍型聚羧酸母液SC的多分散系數(shù)為1.60，分子質(zhì)量分布較窄；由紅外光譜分析表明，SC的分子結(jié)構(gòu)中存在羧基、酯基、聚氧乙烯基等基團，與所設(shè)計減水劑分子結(jié)構(gòu)相符。

（2）混凝土應(yīng)用性能測試結(jié)果表明，摻減水保坍型聚羧酸母液SC所配制外加劑的混凝土較摻市售減水保坍母液JS所配制外加劑的混凝土的流動性、保水性、保坍性好。混凝土流動性具體表現(xiàn)為：混凝土初始擴展度較摻JS配制外加劑增大25 mm；混凝土保水性、保坍性具體表現(xiàn)為：摻SC混凝土的2 h坍落度經(jīng)時損失僅5 mm，2 h混凝土擴展度損失僅35 mm，說明摻SC能有效改善混凝土的施工性能。

（3）與市售減水緩釋母液JS相比，合成減水保坍型聚羧酸母液SC能在一定程度上提高了混凝土的力學(xué)性能，摻SC的C30混凝土3、7、28 d抗壓強度分別可提高3.1、3.2、2.3 MPa。