降粘型聚羧酸減水劑性能研究

江西省萍鄉(xiāng)市聯(lián)友建材有限公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000

1 前言

聚羧酸高性能減水劑因在高標(biāo)號(hào)混凝土中以其強(qiáng)度高、和易性好、自身重小的特點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用公路.鐵路.橋梁.隧道和超高層建筑中［2］。為了提高混凝土強(qiáng)度通常采用高強(qiáng)度等級(jí)的水泥、增加膠凝材料用量，降低水膠比，這些措施會(huì)導(dǎo)致混凝土粘度增加，流動(dòng)速度變慢，施工難度加大及施工效率較低，很大程度上限制了高標(biāo)號(hào)混凝土的推廣與應(yīng)用。聚羧酸減水劑具有摻量低、減水率高、保塌性能高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以有效降低混凝土用水量，但不能有效解決低水膠比帶來的混凝土粘度大的問題，因此，利用聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，合成了一種具有良好工作性能的降粘型聚羧酸減水劑，改善了高強(qiáng)混凝土的擴(kuò)展度，加快了混凝土的流速。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原材料

TPEG.丙烯酸.不飽和磷酸酯大單體（PM1500）.高活性還原劑（E51）.過硫酸銨.丙烯酰胺.鏈轉(zhuǎn)移劑次磷酸鈉.端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體。

2.2 降粘聚羧酸減水劑的合成

向四口燒瓶中加入一定量的TPEG、端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體和去離子水升至58℃后，加入一定量的次磷酸鈉，攪拌10 min，再加入不飽和磷酸酯PM1500 和過硫酸銨，攪拌10 min 溶解，開始向燒瓶內(nèi)滴加還原劑溶液B 和溶液A，A溶液由丙烯酸、AM 和水配成，B 溶液由高活性還原劑（E51）和一定量水配成，A 溶液3 h 滴加完，B 溶液3.5h 滴加完；待B 溶液滴完后保溫l.5 h，補(bǔ)水，調(diào)節(jié)PH，得到固含量約為40%的降粘減水劑母液。

其結(jié)構(gòu)簡試如下：

2.3 檢測方法

（1）凈漿流動(dòng)度實(shí)驗(yàn)

水泥凈漿流動(dòng)度測定參考GB8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行。中材水泥P·O 42.5，減水劑摻量（折固）=0.12%，W/C=0.29。

（2）水泥漿體粘度實(shí)驗(yàn)，用數(shù)顯黏度測定儀來測定

（3）混凝土試驗(yàn)

混凝土試驗(yàn)參照GB8076-2008《混凝土外加劑》進(jìn)行，中材水泥P·O42.5，混凝土配合比（kg/m3）C：F：K：W：S：G=420：80：80：720：1080：150，外加劑6.96，混凝土粘度用流空時(shí)間來評(píng)價(jià)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體用量對(duì)降粘效果的影響

在引發(fā)劑（過硫酸銨）和鏈轉(zhuǎn)移劑（次磷酸鈉）用量分別為單體總質(zhì)量的1.0 wt%和1.33 wt%，過硫酸銨：還原劑（E51）質(zhì)量比為9：1，其他條件合成不變的情況下，考察端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體用量對(duì)減水劑的減水率及降粘效果的影響規(guī)律。

圖1 雙尾聚氧乙烯醚大單體用量對(duì)減水率及降粘效果的影響

從上圖可以看出：雙尾聚氧乙烯醚大單體用量的增加對(duì)水泥漿體粘度影響很大，對(duì)減水劑降粘效果影響較大。在一定范圍內(nèi)，雙尾聚氧乙烯醚大單體用量用量越大，凈漿初始流動(dòng)度增加越多。但對(duì)水泥漿體明顯粘度減小，端烯基酯結(jié)構(gòu)用量到達(dá)醚的12.5%時(shí)，減水率和保坍性能都有所降低，這是由于雙尾聚氧乙烯醚大單體比例過大，相對(duì)應(yīng)TPEG 的比例也就越小，減水率和保坍性能降低。考慮減水率和漿體流動(dòng)性，確定端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體用量為醚的12.5%比例來合成降粘型聚羧酸減水劑。

3.2 PM1500 用量對(duì)減水率及降粘效果的影響

在引發(fā)劑（過硫酸銨）和鏈轉(zhuǎn)移劑（次磷酸鈉）用量分別為單體總質(zhì)量的1.0 wt%和1.33 wt%，過硫酸銨與還原劑（E51）質(zhì)量比為9：1，其他合成條件不變的情況下，考察不飽和磷酸酯PM1500 用量對(duì)減水劑的減水率及降粘效果的影響規(guī)律。

圖2 PM1500 用量對(duì)減水率及降粘效果的影響

從上圖可以看出：水泥凈漿粘度明顯降低，說明PM1500單體對(duì)減水劑的降粘效果有著顯著的作用，這是得益于PM1500單體的高比例憎水基團(tuán)，改變了減水劑整體的親水性能；PM1500 的用量增大到一定程度后，粘度不再降低，但減水率明顯下降，這是由于PM1500 競聚率小于丙烯酸，所以粘度變化不大。同時(shí)PM1500 提供吸附基團(tuán)的能力小于丙烯酸單體，當(dāng)用量越大減水率越低和損失越大。考慮凈漿流動(dòng)度和水泥粘度性能，采用PM1500 為醚的16.5%的比例合成降粘型聚羧酸減水劑。

3.3 丙烯酰胺用量對(duì)減水率及降粘效果的影響

在引發(fā)劑（過硫酸銨）和鏈轉(zhuǎn)移劑（次磷酸鈉）用量分別為單體總質(zhì)量的1.0 wt%和1.33 wt%，過硫酸銨與還原劑（E51）質(zhì)量比為9：1，合成條件不變的情況下考察丙烯酰胺用量對(duì)減水劑的減水率及降粘效果的影響規(guī)律。

圖3 丙烯酰胺用量對(duì)減水率及降粘效果的影響

從上圖可以看出：丙烯酰胺用量的增加水泥凈漿粘度有一定的影響，丙烯酰胺用量對(duì)減水劑降粘效果有影響；隨著丙烯酰胺的用量增加，初始凈漿流動(dòng)度和1h 流動(dòng)度表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢。考慮流空時(shí)間和凈漿流動(dòng)度，合成了降粘型聚羧酸減水劑的丙烯酰胺用量為占單體質(zhì)量的2.25wt%。

3.4 端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體、PM1500 和丙烯酰胺共聚對(duì)減水率及降粘效果的影響

在端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體為醚的12.5%，PM1500 為醚的16.6%，丙烯酰胺為醚的2.25%，過硫酸銨為單體總質(zhì)量1.0 wt%，還原劑（E51）為單體總質(zhì)量0.12 wt%，其他條件不變情況下，考察共聚合成的降粘型聚羧酸減水劑的減水率、保坍性和降粘效果的影響。

圖4 端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體、PM1500和AM 共聚對(duì)減水率及降粘效果的影響

從上圖可以看出：自制降粘型減水劑比普通聚羧酸減水劑和普通減水劑的減水率和保坍性能接近；比市售降粘聚羧酸減水劑1 與市售降粘聚羧酸減水劑2 要好；漿體粘度比普通聚羧酸減水劑要低，市售降粘聚羧酸減水劑1，市售降粘聚羧酸減水劑2 接近，及降粘效果接近。

3.5 混凝土對(duì)比試驗(yàn)

在端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體為醚的12.5%，PM1500 為醚的16.6%，丙烯酰胺為醚的2.25%，過硫酸銨為單體總質(zhì)量1.0 wt%，還原劑（E51）為單體總質(zhì)量0.12 wt%條件下共聚合成的降粘型聚羧酸減水劑進(jìn)行混凝土性能測試。采用相同的摻量和用水量，觀察混凝土坍落度、擴(kuò)展度、含氣量、凝結(jié)時(shí)間，強(qiáng)度變化，見表1。

表1 混凝土試驗(yàn)結(jié)果

（1）根據(jù)混凝土性能測試結(jié)果可以看出，自制降粘型聚羧酸減水劑與普通聚羧酸減水劑的初始坍落度、擴(kuò)展度和1h 損失與普通聚羧酸減水劑差不多比，比市售降粘聚羧酸減水劑1 和市售降粘聚羧酸減水劑2 要好，流速要快得多；與市售降粘聚羧酸減水劑1 和市售降粘聚羧酸減水劑2 接近，并且自制降粘型聚羧酸減水劑的各個(gè)齡期強(qiáng)度均達(dá)到試配要求。

（2）降粘型聚羧酸減水劑初始和1h 含氣量稍高些，凝結(jié)時(shí)間時(shí)間相差不，其28d 強(qiáng)度均能達(dá)到試配要求。

4 結(jié)論

（1）TPEG2400端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體、不飽和磷酸酯打單體PM1500 和AM 以100、12.5、16.6 的質(zhì)量比聚合，以還原劑（E51）和過硫酸銨作為氧化還原體系，次磷酸鈉作鏈轉(zhuǎn)移劑，合成一種降低高標(biāo)號(hào)混凝土粘度的降粘型聚羧酸減水劑。

（2）分子結(jié)構(gòu)中引入具有較大空間位阻效應(yīng)的雙尾聚氧乙烯醚長鏈結(jié)構(gòu)，能使其HLB 值降低和聚合物結(jié)構(gòu)更加舒展，可以釋放出一定量的水，表現(xiàn)出高流動(dòng)性和低粘度。

（3）端烯基酯結(jié)構(gòu)雙尾聚氧乙烯醚大單體、PM1500 和丙烯酰胺共聚表現(xiàn)出疊加性，通過凈漿和混凝土對(duì)比，此合成的降粘型聚羧酸減水劑可以提高混凝土流速.減水率和保坍性能。