高性能管道壓漿料用固體聚羧酸減水劑的制備及性能研究

李 濤

（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

0 引言

隨著高層建筑、高速公路、大型橋梁及隧道等工程的興建，壓漿料作為公路、橋梁等大型工程的后張法有粘結鋼筋預應力混凝土結構的管道專用材料，主要用在各種鐵路、公路后張法預應力橋梁孔道壓漿、大型預應力結構孔道壓漿等方面[1]。壓漿料是一種專用于后張法預應力管（孔）壓漿施工的產品，由多種優質水泥基材料和高性能外加劑優化配制而成，具有優異的流動性，漿體穩定，充盈度好，凝結時間可調，無收縮、微膨脹，強度高，不含對鋼筋有害物質等特點[1，2]。其所用的高性能外加劑中，除膨脹劑、膠結劑等材料外，固體聚羧酸減水劑的使用是漿體流速及抗折抗壓強度的重要保障。

近年來，在我國基礎設施建設過程中，液體聚羧酸減水劑得到廣泛的普及和使用。但目前工業化生產的聚羧酸減水劑固含量為40%～60%的液體，存在儲運成本高、易霉、應用范圍受限等缺點[3]。因此，發展固體聚羧酸產品是降低運輸成本和推廣聚羧酸系減水劑在各地廣泛使用的首要條件[4]。但固體聚羧酸減水劑的生產及使用技術仍不夠成熟，生產的固體聚羧酸減水劑一方面會含3%左右的水，固含量不能達到100%，另一方面本體聚合反應原材料之間的反應不充分，轉化率低，所得產物性能較差。

本文以異戊烯醇聚氧乙烯基醚（TPEG）、甲基丙烯酸（MAA）及不飽和磷酸酯（HEMAP）為原材料，在偶氮二異丁氰（AIBN）為引發劑，巰基乙醇（Qc）為鏈轉移劑70℃本體聚合合成一種高性能管道壓漿料用固體聚羧酸減水劑，方法簡單，且所得聚羧酸減水劑固含量高達99%以上，適宜工業化生產使用。

1 實驗

1.1 固體聚羧酸減水劑的合成

在裝有攪拌器的三口反應容器中加入一定量的異戊烯醇聚氧乙烯基醚。70℃加熱攪拌30min直至固體完全熔化。加入引發劑偶氮二異丁氰，開始滴加預先配制好的混合液：甲基丙烯酸+不飽和磷酸酯+巰基乙醇，60min滴加完；滴加完畢后繼續恒溫反應90min。降溫冷卻得固體聚羧酸減水劑PC-S，固含量99.8%。

1.2 水泥凈漿和壓漿料性能測定

水泥（C），紅獅P.O42.5；膨脹劑（P），石家莊某公司生產；硅粉（GF），貴州本地產；重鈣（ZG），貴州本地產；消泡劑（X），福建某公司生產；固體聚羧酸減水劑（JS），上海某公司生產。水泥凈漿流動度測定:按照GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中的方法測定。其中水灰比為0.29，聚羧酸減水劑摻量為0.30%。壓漿料性能測試：參照JTG/TF 50-2011《公路橋涵施工技術規范》進行壓漿料性能實驗，水（W）/壓漿料（JF）=0.28，壓漿料為水泥/壓漿劑（J）=9/1的混合物，壓漿劑為膨脹劑、硅粉、固體聚羧酸減水劑（JS或PC-S）與消泡劑按一定比例的混合物。壓漿料配比見表1。

表1 壓漿料配比

2 結果與討論

2.1 固體聚羧酸減水劑的水泥凈漿流動度對比

對上述兩種固體聚羧酸減水劑JS與PC-S進行凈漿對比實驗。具體結果見表2所示。

從表2可以明顯看出，水泥凈漿中摻入固體聚羧酸減水劑后，凈漿流動明顯增大50-55mm，經時60min損失后，不摻聚羧酸減水劑的空白樣凈漿流動度130mm。摻減水劑JS與PC-S的凈漿流動性較好，其中減水劑PC-S的減水率較JS略大，初始凈漿流動度大5mm，60min后凈漿流動度較JS大10mm。從凈漿實驗結果可初步看出，固體聚羧酸減水劑PC-S減水率及保坍性均較市售廠家生產的減水劑好。

表2 水泥凈漿對比試驗

2.2 壓漿料性能測試

為了進一步比較制備的固體聚羧酸減水劑JS與PC-S在壓漿料中的使用效果，進行了壓漿料性能測試對比，實驗結果如表3。

表3 壓漿料測試結果

從表3可看出：摻固體聚羧酸減水劑PC-S的壓漿料初始及30min后的流動度均比固體聚羧酸減水劑JS快2s；凝結時間較JS長30-40min。兩種減水劑配制的壓漿料常壓均不泌水，0.22MPa（當孔道垂直高度≤1.8m時）壓力泌水率為1.2%-1.4%。3d、7d及28d抗折強度及抗壓強度PC-S較JS略好；24h自由膨脹率相近。從兩種固體聚羧酸減水劑配制的壓漿料測試數據看，固體聚羧酸減水劑PC-S的性能指標優于減水劑JS，這與不飽和磷酸酯的性能有關。不飽和磷酸酯在水泥堿性環境下能水解釋放羧基維持水泥漿體流動性，同時釋放出的磷酸根具有一定的緩凝作用，使得壓降料凝結時間延長30-40min。兩種固體減水劑各項性能指標均符合標準JTG/TF 50-2011的要求，可用于實際壓漿料的生產及使用。

2.3 固體聚羧酸減水劑PC-S結構表征

2.3.1 GPC分析

將固體聚羧酸減水劑PC-S進行凝膠滲透色譜分析，具體數據如表4。

從表4可看出，本體聚合合成的固體減水劑PC-S數均分子量為24300，分子量分布指數1.84，轉化率較高90.54%，與水溶自由基聚合反應轉化率相近。

表4 PC-S減水劑GPC數據

2.3.2 FT-IR分析

將固體聚羧酸減水劑與KBr壓片紅外光譜測試(圖2)。

圖1 PC-S凝膠滲透色譜分析

圖2 減水劑PC-S紅外光譜圖

如圖2所示，在紅外光譜圖中，3110-3650cm-1為-COOH中-OH的不對稱伸縮振動吸收峰，1730cm-1為磷酸酯酯基中-C=O-的伸縮特征峰；1650cm-1為-COOH中-C=O-的伸縮特征峰；2880cm-1，1450cm-1，1360cm-1為CH-、-CH2-，-CH3的特征吸收峰；1110cm-1為聚合物中醚鍵-C-O-C-的特征吸收峰，從紅外光譜各官能團的特征吸收峰可初步判定，聚醚大單體，甲基丙烯酸及不飽和磷酸酯等單體均參與了反應，與最初反應的設計相符。

3 結語

1）本文采用本體聚合的方法，以異戊烯醇聚氧乙烯基醚、甲基丙烯酸及不飽和磷酸酯為原材料合成了一種固體聚羧酸減水劑，方法簡單且轉化率高。

2）合成的固體聚羧酸減水劑減水率高，保坍性好，用其配制的壓漿料各項性能指標均滿足施工標準的要求，可用于實際生產應用。

3）從GPC和FT-IR數據看，本體聚合合成的固體減水劑PC-S數均分子量為24300，轉化率較高；聚合物紅外光譜吸收峰位置對應的官能團與各單體原材料中的官能團一致，各單體原材料均有效參與聚合。