不同投料工藝對聚羧酸減水劑性能的影響

林鋒

摘 要：單體的加入方式影響合成聚羧酸減水劑反應進程。本文設計了兩種單體滴加工藝，按照相同的原料配比下，合成了多種緩釋型聚羧酸減水劑，并測定了其合成產物的水泥凈漿流動度及新拌混凝土性能。結果表明，部分滴加工藝（先將一部分給定比例的單體一次投入反應釜，再將剩余單體滴加進反應釜）比全滴加工藝（將全部單體連續滴加進反應釜）效果好。采用35%質量比的小單體一次投入、65%質量比的剩余單體連續滴加的方式合成的緩釋型聚羧酸減水劑的水泥凈漿初始流動度大，分散保持性能優異。混凝土在加水攪拌后1-2h內可達到滿足實際施工要求的最佳狀態。

關鍵詞：緩釋型聚羧酸減水劑;投料工藝;單體全滴加法

0 前言

聚羧酸系減水劑因具有摻量低，減水率高、保坍性好及綠色環保等特點，越來越多被應用在各種建筑工程中。然而目前國內市場中水泥品質良莠不齊，相同的聚羧酸減水劑在不同品牌水泥應用中表現出相當大的差別。面對如今商品混凝土原材料中含泥量日益增高的情況，聚羧酸減水劑在實際應用中凸顯的問題越來越多，其中表現最為明顯的是其性能受粘土影響較大，導致混凝土流動性損失過大[1]。對于這個一直困擾工程界多年的難題，眾多的研究員與學者對此作出大量的研究[2-4]。傳統做法是聚羧酸減水劑添加糖類作為緩凝成份，但這不能從根本解決新拌混凝土的流動性損失問題，反而會導致混凝土凝結時間過長。而后又出現了采用酯化單體代替部分反應單體，來提高聚羧酸減水劑的保坍性能[5-6]。

根據自由基共聚合理論，合成聚羧酸減水劑的化學反應過程是快引發、慢增長、速中止的過程。在投料很短的時間內就形成固定分子量，增加反應物濃度能夠提高體系的轉化率。轉化率越高，體系中有效分子量就越多，最終產品性能越好。因此，本文采用相同的試驗配比下，通過不同的單體投料方式來增加體系中反應物濃度，合成多種緩釋型聚羧酸減水劑，研究并探討不同合成工藝對其性能的影響，并通過多種測試方法來尋找并確定既控制生產成本、又提高減水劑總體性能的最佳合成工藝。

1 合成試驗及減水劑性能測試方法

1.1 合成試驗

1.1.1 試驗原材料

1.1.2 合成主要儀器

通風柜;HH-6數顯恒溫水浴鍋;強力電動攪拌機;四口燒瓶;一次性注射器。

1.1.3 合成方法

首先按照AA：HEA：TPEG=2.6：1.8：1的配比配制HEA與AA的混合水溶液，作為A液;按照MTA用量為TPEG質量的0.46%，Vc用量為TPEG質量的0.18%，配制MTA與Vc水溶液，混合均勻后作為B液。然后按照表1所示的質量比將A液全部或部分加入到裝有甲基烯聚氧乙烯醚水溶液的四口燒瓶中，常溫下一次性加入雙氧水，安裝好溫度計，余下A液滴加1h、B液滴加1.5h，保溫1h后補水調至含固量40%后出料，得到多個緩釋型聚羧酸減水劑樣品。

1.2.2 水泥凈漿流動度測定

凈漿流動度試驗按照GB/T 8077-2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行。每次水泥凈漿初始流動度測定完后，把凈漿收集起來倒入玻璃杯中，在同等條件下，每到達一定時間取出攪拌，然后測定流動度，所得的流動度即為水泥凈漿經時流動度。在試驗中，減水劑的折固摻量為0.33%。

1.2.3 混凝土性能測試

按照國標GB 8076-2008《混凝土外加劑》檢測混凝土的坍落度、擴展度及7d、28d抗壓強度，基準混凝土配合比見下表2。在試驗中，減水劑的折固摻量為0.33%。

2 試驗結果及分析

2.1 水泥凈漿流動度試驗結果

將試驗合成的6個聚羧酸減水劑樣品分別摻入水泥凈漿中，流動度測定結果如表3所示。PCE-55初始流動度大，但經時損失大;其余減水劑在1h后減水劑流動度都有所上升，其中PCE-25、PCE-35及PCE-45減水劑的1h流動度增長較為明顯;PCE-25初始流動度較小;PCE-45減水劑2h流動度有所損失;PCE-35初始流動度較好且2h基本沒有損失。從水泥凈漿經時流動度增長量可以看出，PCE-35經時增長量最大。經綜合比較認為，選擇PCE-35對應的合成工藝較為合理，其減水劑保坍性能最佳。

2.2 混凝土性能試驗結果

從表4可以看出，新拌混凝土性能整體變化趨勢與水泥凈漿流動度基本吻合，驗證了以上凈漿測試結果。從數據可以看出，PCE-55初始狀態較好，但經時損失過大，而PCE-35相對其他減水劑在總體性能上表現更加優異，1h后混凝土狀態達到最佳，初始流動度也較為合理。

結合實際情況下，考慮商品混凝土通常的運輸時間及距離，在1h-2h內混凝土應剛好處在最佳狀態，因此能夠滿足實際施工要求。

2.3 投料工藝的確定

分析PCE-35水泥凈槳和混凝土的流動性較好的主要原因可能是采用單體全部滴加或一次投入比例較低時，反應初期單體濃度較低，有效分子碰撞太少，導致單體轉化率低，減水劑整體性能不足;當單體一次投入比例過高時，又會導致初期反應過快，后期單體濃度不足，合成的聚羧酸減水劑分子量分布范圍太寬，且AA反應活性比HEA高，AA優先參與反應，所以隨著單體一次投入比例增加，減水劑的初始流動度逐步增大，而緩釋效果卻逐漸變弱，所以PCE-55流動度經時損失量較大。當合成PCE-35減水劑時，反應溶液剛好達到最佳的反應起始濃度，單體轉化率最高，生成的產物具有較為合適的分子量，故初始減水率高且保坍效果好，強度也略高。

綜上所述，PCE-35合成工藝能夠提高單體轉化率，將分子量控制在合理的范圍內，使減水劑發揮最大的性能，從而使混凝土具有優異的工作性能。

3 結論

①調控單體部分滴加工藝，可以控制反應初期和后期的單體濃度、反應速度，優化合成聚羧酸減水劑分子量分布范圍，提高單體轉化率;

②采用PCE-35合成工藝的減水劑綜合性能最佳，初始流動度較大且2h內混凝土性能達到最佳狀態，滿足實際施工要求。

參考文獻：

[1]白曉成，董勛，郭強強，劉偉.黏土對聚羧酸減水劑性能的影響[J].混凝土世界，2018（10）：70-73.

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[4]溫金保，唐修生，黃國泓，等.超長保坍濕噴混凝土用聚羧酸系減水劑的制備及應用[J].混凝土，2017，02：132-137.

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