緩釋聚羧酸高效減水劑的合成與應用

江西省萍鄉市聯友建材有限公司，江西 萍鄉 337000

1 前言

從聚羧酸減水劑被指定為鐵路工程專用的混凝土外加劑，更是極大的促進了聚羧酸減水劑的推廣與應用。聚羧酸減水劑具有更多優點，如摻量低，減水率高，適應性較好等。但在實際工程應用過程中，常因水泥的品種與細度.砂石料級配以及隨著混凝土原材料品質的波動等導致混凝土的工作性能會表現出明顯的起伏，其坍落度損失問題是明顯現象。本文從聚羧酸高性能減水劑的化學結構和作用機理著手，引用具有緩釋功能基團，以甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸（AA）、和一種帶有雙鍵的酯為主要原料構成緩釋體系，進而對該緩釋體系進行優化，最終得到性能優良的緩釋聚羧酸高效減水劑。緩釋聚羧酸高效減水劑具有緩慢釋放其分散作用的特性，達到使混凝土的流動性后期增大保持的效果，可以避免運輸途中造成的混凝土坍落度損失過快現象。結果表明LY-6 的減水率和保坍性能能逐步提高，以及有緩釋的效果。

2 試驗部分

2.1 試驗原料、儀器

試驗原料：甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸（AA）、不飽和雙鍵酯、氧化劑，相對分子量調節劑，VC；

試驗儀器：四口燒瓶、溫度計、攪拌器、蠕動泵、攪拌機等。

2.2 試驗方法

先將一定量的TPEG 與去離子水加入燒瓶中，攪拌升溫到指定溫度。首先加入氧化劑的水溶液，然后開始滴加丙烯酸AA和酯的水溶液與調節劑和VC 的水溶液，AA 和酯的水溶液滴加3h，調節劑和VC 的水溶液滴加3.5h，保溫老化1.5h，用30%氫氧化鈉溶液中和到pH 為6～7，即得緩釋聚羧酸高效減水劑母液。

3 實驗結果與討論

3.1 丙烯酸的用量對凈漿流動度的影響

圖1 酸的用量對減水劑分散性能的影響

在緩釋聚羧酸高效減水劑分子結構中，羧基有利于提高減水率，在其他組分不變的情況下，改變丙烯酸的的用量，考察了丙烯酸的物質的量對水泥分散性的影響，結果如圖1 所示。

聚醚和酸基是聚羧酸減水劑的主要組成部分，聚醚起到空間位阻效應，延長水泥粒子水化時間，而酸基起到吸附水泥粒子的作用，從而延長水化時間。隨著酸醚比的增大，初始凈漿與1h 和2h 都是先增大后減小，當酸基摩爾比是3 的時候，兩者值最大。實驗證明由于酸醚比較小時，酸基團在減水劑分子主鏈上的比例較小，吸附水泥的效果很差，使減水劑不能及時地包裹水泥顆粒，導致凈漿流動度差；而酸醚較大時，聚醚基團在主鏈上比例較小，不能較好地起到減水的作用，導致凈漿流動度差，所以當酸醚量之比為3 時，減水劑的性能最優。

3.2 不飽和雙鍵酯的用量對凈漿流動度的影響

緩釋聚羧酸里含有一種帶有雙鍵的酯，以這種酯為主要原料構成緩釋體系，從而對該緩釋體系進行改良，改變酸酯的用量對聚羧酸減水劑分散性和緩釋性的影響。

如圖2 所示，隨著酯的用量增大，分散性和緩釋性都增大，當酯與醚的摩爾比為3.5 時，其效果最佳，再增大，分散性和緩釋能力的效果反而更差。分析認為這是由于酯醚較小時，酯基水解的程度不夠，分散性和緩釋受影響；當酯醚比較大時，分子側鏈太密，影響了羧基在主鏈上的比例，減水和緩釋都受影響。所以要有良好的分散性和緩釋效果，酯與醚的摩爾比為3.5 時，分散和緩釋效果最佳。

圖2 酯的用量對減水劑緩釋性能的影響

3.3 引發體系對水泥凈漿流動度的影響

引發劑是減水劑合成中必要的因素，種類和用量大小連系著減水劑的分子質量及主鏈的長度，適合的主鏈長度才能使減水劑充分發揮作用。

圖3 引發劑種類及用量對減水劑分散性能的影響

如圖3 所示，兩種引發劑及用量對 LY-6 分散性和緩釋性能的影響［1］。根據引發劑的溫度不同，兩種引發劑選擇分別在75℃和60℃下進行，用量以氧化劑占單體的總摩爾分數計。從圖3 中可以看出，采用兩種引發體系合成的LY-6 都具有優良分散和緩釋的性能，但（VH 引發體系更好。選擇Vc 與H2O2物質的量之比為1：4.5，當Vc 的用量為1%時，凈漿流動度達到最大，緩釋也最大，隨著Vc 用量增大，凈漿流動度反而減小，因此，優選在LY-6 合成中優選VH 體系，Vc 用量為單體總物質的量的1%。

3.4 反應溫度凈漿流動度的影響

當酸醚的量之比為3，酯醚的量之比為3.5，引發劑用量為聚合單體的3.0 時，反應溫度改變。反應溫度對自由基的合成速率有較大的影響，因而對聚合反應也產生較大影響［2］。如圖4 所示。

圖4 聚合溫度對減水劑分散性能的影響

4 性能測試

4.1 LY-6 對混凝土的保坍性能

參照國家標準GB8076—2008《混凝土外加劑》，調整用水量使混凝土初始坍落度為（210±10）mm，選用某國外公司的聚羧酸保坍劑1、某國內公司的保坍劑2 和本公司的聚羧酸減水劑LY-2 對實驗所得樣品進行測試，結果見表6 混凝土性能測試結果。

表6 混凝土性能測試結果

由表5、6 可以看出，緩釋聚羧酸高效減水劑LY-6 從減水率、坍落度保持等方面都具有明顯改良現象。

5 緩釋聚羧酸高效減水劑在混凝土中的應用

5.1 緩釋聚羧酸高效減水劑在高速公路的應用

萍蓮高速中C40～C50 混凝土均要求泵送，坍落度要求≥220mm，擴展度要求≥600mm，2h 混凝土無損失。

因萍蓮高速用砂含泥量大，為了滿足以上要求，必須選擇具有高減水率、高保坍性能的聚羧酸高性能減水劑。

C40～C50 混凝土配合比見表7

表7 C40～C50 混凝土配合比 單位：kg/m3

表8 C40～C50 混凝土性能

從以上實驗看出，現合成的緩釋聚羧酸高效減水劑與普通聚羧酸減水劑復配使用達到工程施工要求。

6 結論

（1）甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸（AA）、不飽和雙鍵酯為主要原料合成了緩釋聚羧酸高效減水劑，通過各組分的實驗對性能的影響，確定了合成工藝參數。從試驗表明緩釋聚羧酸高效減水劑有優良的緩釋性、減水性能和相容性。特別是與普通的聚羧酸減水劑搭配使用比單獨的普通聚羧酸高效減水劑保坍性更好，更經濟。

（2）現合成的緩釋聚羧酸高效減水劑對含泥量大和高強混凝土更適應，并能滿足各種工程的施工要求。