聚羧酸緩釋型保坍劑的合成研究及應用

江西省萍鄉市聯友建材有限公司，江西 萍鄉 337000

1 前言

隨著城市建設發展的需要，目前混凝土地材稀缺、品質較差的市場中混凝土技術 和用量要求越來越高，混凝土在使用過程中要求嚴格控制其收縮開裂率，由于混凝土坍落度損失的根本原因在于水泥的反應，水泥遇水發生水化反應，隨著水化反應的進行，一部分自由水在水泥顆粒凝聚的過程中被包裹，另外一部分自由水被蒸發掉造 成了混凝土漿料中的自由水逐漸減少。聚羧酸系的減水劑一直以摻量小、減水率高、分散性優的特點成為配制現代混凝土的首選外加劑之一，但隨著混凝土地材越來越差，混凝黏度增加、坍落度損失相對比較快，已經不能跟上混凝土技術發展的步伐［1］。為了解決上述技術問題，用技術設計的原理為方案，備制出一種聚羧酸緩釋型保坍劑。

2 試驗部分

2.1 試驗原材料及儀器

（1）甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸、封端酰銨磷酸酯、丙烯酸羥丙酯、過硫酸銨、甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉、次磷酸鈉、水、中材水泥（PO.42.5）、河沙（細度模數2.6～2.9）、碎石（粒徑5～20mm）。

（2）儀器：500m：（四口燒瓶）、FA L004 電子天平、溫度計、JJ-1 150W 增力電動攪拌器、SXKW 數量控溫加熱套、BT100-2J 型恒流動泵、NT-160A 水泥凈漿攪拌機、SJO 60 型強制式混凝土攪拌機、SYE-2000 型壓力試驗機等。

2.2 合成工藝

（1）稱取一定量水和一定質量的TPEG 放入裝有溫度計和攪拌裝置的500ml 四口燒瓶中，甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉和丙烯酸羥丙酯升溫到38～45℃后攪拌一小時并將混合料緩慢升溫到58～62℃；

（2）加入引發劑過硫酸銨攪拌反應時間為5～20min；然后滴加丙烯酸、封端酰銨磷酸酯、次磷酸鈉、水的混合溶液到反應體系中，滴加時間為3.5～4.5h后在58～62℃保溫反應1～2h，最后將反應體系的溫度降溫到25～35℃向反應體系中混合物加水均勻攪拌得到白色的液體即為理想濃度的聚羧酸緩釋型保坍劑。

通過小試驗研究在羧基團比例對緩釋型保坍性能和強度的影響、反應溫度對和易性影響、催化劑對保坍減水率的影響、鏈轉反應對保坍性能影響、反應時間對保坍性能影響［2］。其接技聚合物分子結構如下：

2.3 結果與討論

（1）不同酸醚摩比對加入羧基和羥基的聚合特性能的影響：

圖1 不同酸用量凈漿經時損失變化

從圖1 及實驗結果來看，酸的用量直接對減水率、保坍經時時間均有不同影響；酸的摻量低將達不到理想的減水率和保坍時間；當酸的摻量超過理想用量時，減水率則有明顯提高，但后期保坍效果較差。

（2）通過嚴格控制各種物料的添加順序和添加時間和反應時間來實現有效降低混凝土的開裂率、水灰比、增加后期的流動性、改善混凝土密實程度，嚴格控制滴加時間和滴加順序是因為緩釋型保坍劑在聚合過程理想的狀態，為各單體均勻的發生聚合反應，因每種單體的反應活性及參與聚合的反應速率的不同避免聚合不均勻［3］。采用逐步滴加的方式、時間的控制是為了最大可能的達到理想聚合狀態。

（3）聚合反應溫度的控制對鏈引發劑起到非常關鍵的作用；溫度低則反應活性低，聚合反應速率低。

圖2 聚合物的轉化率和溫度的關系

從圖2 可見不同溫度條件下聚合物的轉化率差距明顯。研究溫度對聚羧酸緩釋型保坍劑的分散保持能力的性能影響就顯得十分必要。

3 聚羧酸緩釋型保坍劑的優點和有益效果：

（1）主要是配方采用了甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸和甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉、丙烯酸羥丙酯、封端酰銨為主要原料。通過工藝控制使得改性聚醚和不飽和羧酸共聚，制備出有磺酸基、羧基和羥基等陰離子活性基團的緩釋型保坍劑。

（2）上述基材中的負電荷便會與水泥顆粒表面的正電荷相互作用，使得緩釋型保坍劑分子牢固的吸附在水泥顆粒表面形成一層電子層，從而水泥表面帶有相同的電荷，必然彼此之間相互排斥，水泥顆粒就會分散開來，里面包裹的自由水分子被釋放出來參與流通，從而有效增加混凝土拌合物的流動性，避免出現離析、泌水等不良現象，從而有效降低混凝土的收縮開裂率，保持混凝土坍落度的良好性能，后期并能增加保坍功能的優點，補充其經時坍損，具有優良的坍落度保持能力。例：用中材PO.42.5 的水泥、摻量0.15%、用水量29%。

凈漿經時檢測見圖3 如下：

圖3 水泥凈漿時間表（min）

4 混凝土性能實施的效果

根據GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》測試混凝土拌合物的坍落度和坍落度經時變化。混凝土試塊在標準養護室養護到不同齡期、根據GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測試混凝土的3d、7d、28d抗壓強度。

以C30 混凝土為例配比如下表

行業內同技術摻量的對比

從上表可以看出增加本產品——聚羧酸緩釋型保坍劑，能有效提高抗壓強度，降低坍落度經時坍損，實現緩釋坍落度的效果。

5 結論

（1）根據設計的原理，醚酸比例在5.5 時反應溫度為62℃，在引發劑為過硫酸銨時，進行逐步滴加聚合反應的緩釋型保坍劑在中材P042.5 的水泥凈漿中具有緩慢釋放的特性。

（2）酸醚團是聚羧酸系產品的主導官，并采用主鏈長度短、接枝數量多，使產品具有優良的分散性，有效改善混凝土性能的和易性好，混凝土不粘稠對膠凝材料的包裹性好，具有較高的工作性能，并對混凝土的抗壓強度明顯的提高。通過嚴格控制三段升溫反應和各種原料加入順序使改性聚醚和不飽和羥酸菜聚充分，提供更多磺酸基、羥基、羧基等陰離子活性基團來實現降低開裂率延遲其坍損速度的效果，保證后期增加保坍功能和聚羧酸的聚合物。

（3）通過混凝土試驗結果可以看出摻入產品后，避免了出現泌水、離淅、包裹性差等不良現象；后期出現優異的保坍性、有效降低混凝土經時坍落度的損失，改善混凝土的密實程度，提高混凝土的耐久性。