低泡型聚羧酸減水劑的制備及性能研究

鄧 磊 蔣 禹 刁立柱 沈建榮 羅小峰

（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

隨著高性能混凝土技術(shù)的發(fā)展，特別是我國高速鐵路和高速公路事業(yè)的發(fā)展，今后混凝土不但性能要求高，而且必須向著綠色的、與環(huán)境和諧相處的可持續(xù)發(fā)展方向發(fā)展。通常，衡量一個工程的優(yōu)劣，不僅要考慮其安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，對美觀性的要求也越來越高[1]。特別是影響結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量的氣泡問題。混凝土中的氣泡，它無法完全被消除，人們通常采用各種方法，如使用消泡劑“先消后引”[2]等來降低它存在的幾率。尤其，摻聚羧酸減水劑的氣泡問題尤為嚴(yán)重。因此，開發(fā)一種低泡型聚羧酸減水劑對于實(shí)際工程應(yīng)用具有重要意義。

圖1 聚合物的理想結(jié)構(gòu)式

采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)、丙烯酸(AA)、聚丙二醇雙丙烯酸酯(PPD400DA)為原料，在引發(fā)劑作用下，以較低溫度(40-45℃)自由基聚合。合成的聚羧酸高分子為雙鏈結(jié)構(gòu)（圖1），該雙鏈結(jié)構(gòu)在混凝土堿性環(huán)境中，經(jīng)攪拌分解除具有消泡作用的聚丙二醇，極大的消除了混凝土的表觀氣泡量。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 樣品的合成

合成底料的準(zhǔn)備:

向裝有攪拌器的四口瓶中加入一定量的去離子水，雙氧水溶液(27%)，聚醚(HPEG)，，40～45℃下攪拌。

滴加小料的準(zhǔn)備：

A料：丙烯酸(AA)，一定量聚丙二醇雙丙烯酸酯(PPD400DA)和水的混合溶液；

B料：巰基乙酸，Vc和水的混合溶液冷；

A料3h滴加完，B料3h10min滴加完。滴加完成后，恒溫反應(yīng)1.5h， 即得低泡型聚羧酸減水劑母液(即本產(chǎn)品Point-S)。

1.2 水泥凈漿和混凝土性能的測定

水泥選用西南P.O 42.5水泥；砂石材料為貴州本地機(jī)制砂石，細(xì)度模數(shù)2.8～3.1；5～25mm連續(xù)級配碎石；按照GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》中的規(guī)定測定水泥凈漿流動度。其中水灰比為0.29，減水劑摻量為0.12%。將樣品配制成固含量為8.0%的外加劑溶液，參照GB 8076-2008《混凝土外加劑》進(jìn)行C30混凝土性能實(shí)驗(yàn)，混凝土配比見表1。

表1 混凝土試驗(yàn)配合比(Kg/m3)

2 結(jié)果與討論

2.1 水泥凈漿流動度的影響

采用貴州本地廠家生產(chǎn)的減水劑JS-LZY作標(biāo)樣，小試樣品Point-S作參比樣，西南P.O 42.5水泥，做水泥凈漿實(shí)驗(yàn)。以凈漿流動度來初步判斷兩者減水率的大小，具體結(jié)果見表2所示。

表2 水泥凈漿對比試驗(yàn)

表2為未摻減水劑的空白樣、JS-LZY和Point-S的水泥凈漿實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由表2可得：摻入減水劑后，水泥凈漿初始流動度明顯增加。其中摻加Point-S的凈漿初始略大于摻JS-LZY的凈漿流動度，60min后流動度兩者損失均較小。從凈漿結(jié)果上看，小試Point-S的減水率率大于市售JS-LZY。

2.2 混凝土性能測試

從表3可看出，摻聚羧酸減水劑的混凝土試樣其初始、經(jīng)時1h的坍落度、擴(kuò)展度、混凝土試塊強(qiáng)度及凝結(jié)時間均優(yōu)于空白樣品，但含氣量增加，容重略小；小試合成樣品Point-S減水率大于JS-LZY；摻標(biāo)樣JS-LZY的容重比摻Point-S的混凝土容重約小15Kg/m3；摻Point-S的混凝土試樣各齡期的抗壓強(qiáng)度均大于標(biāo)樣JS-LZY；凝結(jié)時間相同。通過混凝土試驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)了本產(chǎn)品Point-S的減水率優(yōu)于市售JS-LZY，更為重要的是該產(chǎn)品混凝土和易性較好，混凝土表觀有害氣泡少。

圖2 摻Point-S的混凝土圖片

表3 混凝土測試結(jié)果

圖3 摻JS-LZY的混凝土圖片

從圖2和圖3可看出摻Point-S的混凝土流動性比摻JS-LZY的大，混凝土表面漿體較飽滿，和易性好，有害氣泡少。

圖4 摻Point-S的混凝土圖片

圖5 摻JS-LZY的混凝土圖片

從圖4和圖5可明顯看出摻Point-S的混凝土試塊表面較平整密實(shí)，無有害大氣泡；摻JS-LZY的混凝土試塊表面有較多大氣孔，極大的影響了混凝土強(qiáng)度，與摻Point-S的混凝土強(qiáng)度相比約小4MPa。

2.3 聚羧酸減水劑結(jié)構(gòu)表征

2.3.1 GPC分析

小試樣品Point-S數(shù)均分子量Mn較某市售JS-LZY高(表4)，寬度分布指數(shù)(PDI)較JS-LZY窄，轉(zhuǎn)化率與市售JS-LZY接近，高達(dá)92.60%。

表4 減水劑GPC數(shù)據(jù)對比

2.3.2 紅外光譜分析

圖6 本產(chǎn)品Point-S的紅外光譜測試圖

合成的低泡坍型聚羧酸減水劑Point-S的紅外光譜如圖1所示。其光譜解析如下：

不對稱伸縮振動吸收峰VOH:3100cm-1～3680cm-1，羧酸鹽中羰基 VC=O:1645cm-1，酯基羰基VC=O:1730cm-1，亞甲基和次甲基的伸縮振動吸收峰VCH,CH2:2875cm-1，1450cm-1，1355cm-1為， 醚 鍵V-O-:1115cm-1，這些特征吸收峰表明了該聚合物種各官能團(tuán)的存在。

3 結(jié) 語

1)本文采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)、丙烯酸(AA)、聚丙二醇雙丙烯酸酯(PPD400DA)為原料，在引發(fā)劑作用下，以較低溫度(40～45℃)合成一種低泡型聚羧酸減水劑。該減水劑具有減水率高，混凝土和易性好，混凝土拌合物有害氣泡少等優(yōu)點(diǎn)。

2)該合成樣品中使用了一種特殊的酯類小單體，即聚丙二醇雙丙烯酸酯，所合成的聚合物為雙鏈結(jié)構(gòu)，在混凝土堿性環(huán)境下，雙鏈斷裂釋放出具有消泡作用的聚丙二醇而達(dá)到消泡的目的。

3)從GPC可看出其分子量較大，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高。紅外光譜測定，可得出合成樣品具有聚氧乙烯基、羥基、羧基及酯基等官能團(tuán)。

[1]白玉貴.淺談如何解決摻有聚羧酸減水劑的混凝土表面氣泡問題.水泥與混凝土,2011(6):10-11.

[2]郝剛.“先消后引”工藝控制聚羧酸減水劑氣泡質(zhì)量的試驗(yàn)研究.建材技術(shù)與應(yīng)用,2007:7-8.