低成本高保坍型聚羧酸減水劑的制備及性能研究

鄧 磊 蔣澤煉 沈建榮 陳孟東 謝大銀（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

低成本高保坍型聚羧酸減水劑的制備及性能研究

鄧 磊 蔣澤煉 沈建榮 陳孟東 謝大銀（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

本文采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)及蔗糖為原料，在引發劑作用下，以較低溫度(40-45℃)與丙烯酸(AA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)合成一種低成本高保坍型聚羧酸減水劑。研究發現蔗糖取代7%的聚醚參與反應時所得到的減水劑性能最好。并對該合成樣品進行了多種檢測實驗和FT-IR、GPC等結構表征。該合成樣品具有成本低、保坍性及緩凝效果好等優點。

聚羧酸減水劑；蔗糖；紅外光譜

新型聚羧酸減水劑在我國的應用越來越廣泛，但諸多問題隨之而來，其中最普遍最主要的難題之一就是如何控制混凝土坍落度損失快的問題[1-2]。一般情況下，混凝土拌合物中，除了水泥外，還摻有許多超細礦物摻和料，這些超細的礦粉對減水劑的大量吸附，使得減水劑在溶液中的濃度越來越低，造成混凝土坍落度損失。尤其，高溫、長距離運輸時混凝土坍落度損失較大。為了降低坍落度損失，人們采用改變拌合工藝[3]、加水重塑、多次添加減水劑以及復配緩凝成分[4]等方法，但這不但增加了生產的成本還對混凝土的強度和耐久性產生了嚴重的副作用[5]。

為了解決混凝土坍落度損失較大和生產成本的問題，在我們之前研究的基礎上，我們采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)及蔗糖為原料，在引發劑作用下，以較低溫度(40-45℃)與丙烯酸(AA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)進行反應生成一種低成本高保坍型聚羧酸減水劑。

1 實 驗

1.1 樣品的合成

向裝有攪拌器的四口燒瓶中加入一定量的去離子水,聚醚HPEG和蔗糖,加熱到30℃攪拌；丙烯酸(AA)和一定量丙烯酸羥乙酯(HEA)配制得A料；當溫度穩定在40-45℃時，向四口燒瓶中滴加雙氧水溶液(27%)，均勻攪拌5min，再分別滴加預先準備好的A料和B料，B料為巰基乙酸（TGA）與抗壞血酸（Vc）的混合溶液，A料3h滴加完，B料3h30min滴加完。滴加完成后，恒溫反應1h，即得保坍型聚羧酸減水劑母液(即本產品Point-T)。

1.2 水泥凈漿和混凝土性能的測定

水泥選用紅獅P.O 42.5水泥；砂石材料為貴州本地產機制砂石，細度模數2.7-3.1；5-20mm連續級配碎石；按照GB 8076-2008《混凝土外加劑》中測定水泥凈漿流動度的方法進行測定。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9.0%的外加劑溶液，參照國標進行C30混凝土性能實驗，混凝土配比見表1。

表1 混凝土試驗配合比(Kg/m3)

2 結果與討論

2.1 聚羧酸減水劑對水泥凈漿流動度的影響

采用本產品Point-T做參比樣，某市售保坍型減水劑PC作標樣，紅獅P.O 42.5水泥，做水泥凈漿實驗。測定兩者的凈漿流動度，具體結果如表1。

表2 水泥凈漿對比試驗

表2為空白樣、標樣PC和參比樣Point-T的水泥凈漿流動度測試結果。由表2可得：空白試樣凈漿初始及60min流動度均較小；摻標樣和參比樣的水泥凈漿流動度明顯增加，其中加參比樣Point-T的凈漿初始略小于加標樣PC的凈漿流動度，但60min后基本無損失，而摻標樣PC的凈漿流動度明顯減小11mm。從實驗結果上看，Point-T的保坍性能優于市售產品PC。

表3 混凝土測試結果

表4 減水劑GPC數據對比

2.2 聚羧酸減水劑的混凝土性能測試

從表3可看出：摻標樣和參比樣的混凝土各項性能指標均優于空白樣品；參比樣Point-T的混凝土初始坍落度及擴展度土略小于標樣PC，，但1h保持能力較標樣PC好；幾組混凝土的含氣量均相差不大；參比樣Point-T的混凝土試樣抗壓強度也優于標樣PC；凝結時間也長。混凝土性能試驗證明，本產品Point-T的混凝土效果優于市售產品PC，可用于工業化生產。

2.3 聚羧酸減水劑結構表征

2.3.1 凝膠滲透色譜分析

參比樣Point-T數均分子量Mn較高(表4)，PDI(分布寬度指數)較窄，轉化率接近，為91.60%。

注：Point-T為科之杰集團特有的保坍型聚羧酸減水劑編號。

圖1 本產品Point-T的紅外光譜測試圖

2.3.2 紅外光譜分析

將低成本高保坍型聚羧酸減水劑Point-T作FT-IR結果如圖1所示。其中，-OH的不對稱伸縮振動吸收峰在3110cm-1-3660cm-1，為-COOH中的-OH伸縮振動吸收峰。羧酸鹽單元-COONa中-C=O-的伸縮特征峰為1639cm-1。酯基-C=O-的伸縮振動吸收峰為1730cm-1。-CH-、-CH2-的特征吸收峰在2870cm-1，1453cm-1，1355cm-1為，1110cm-1是聚醚長鏈-C-O-C-的特征吸收峰。

3 結 語

1)本文采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)及蔗糖為原料，在引發劑作用下，以較低溫度(40-45℃)與丙烯酸(AA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)合成一種低成本高保坍型聚羧酸減水劑。

2)蔗糖取代10%的聚醚參與反應生成的減水劑在混凝土中的分散性能較差。取代率為7%時，所得聚合物分散及保坍性能均較好，極大地降低了聚羧酸減水劑的生產成本。

3)從凝膠滲透色譜可以看出，圖中顯示特征官能團的振動吸收峰均與聚羧酸基本骨架結構一致。

[1]陳亞萍,徐征宇,陳斐.緩釋高保坍型聚羧酸減水劑的制備及其性能研究.新型建筑材料,2015:8-11.

[2]冉千平,田倩,劉加平.新型聚羧酸類接枝聚合物的清潔生產工藝、性能與工程應用[J].應用基礎與工程科學學報,2003,11(3):304-309.

[3]Malhotra V M.Superplasticizers:Their effect on fresh and hardened concrete [J].Design & Construction,1981,3(5):66-81.

[4]Plank,Winter C.Competitive adsorption between superplasticizer and retarder molecules on mineral binder surface[J].Cement and Concrete Research, 2008, 38(5):599-605.

[5]崔子亮,陳衛豐.保坍型聚羧酸系減水劑研究進展.山東化工,2013,42(10):64-67.

Research on synthesis and performance of inexpensive polycarboxylate superplasticizer with highly slumpretaining ability

A new kind of inexpensive polycarboxylate superplasticizer with fine slump-retaining ability was synthesized by reaction of methyl allylpolyethenoxy (HPEG),acrylic acid(AA),hydroxyethyl acrylate(HEA) with sucrose in the presence of initiator at low temperature (40～45 centigrade).The results showed that the performance of polycarboxylate superplasticizer produced by the reaction was optimal when 7% of methyl allylpolyethenoxy (HPEG) was replaced by sucrose.The synthesized samples were used to carry out test experiments and the structural characterization of FT-IR,GPC etc.Also,it has low cost, highly slump-retaining ability and fine retarding effect.

polycarboxylate superplasticizer；sucrose；FT-IR

TU528 O42.2

B

1003-8965(2017)04-0022-02

鄧磊，男，碩士，工程師，貴州科之杰新材料有限公司研發工程師兼技術主辦，主要從事混凝土外加劑的研發與應用。