低敏感型聚羧酸減水劑的合成及性能研究

徐春紅 袁榮輝 羅啟云 鄺華斌

（廣東博眾建材科技發展有限公司）

0 引言

近年來，在我國基礎設施建設大浪潮的時代背景下，聚羧酸減水劑憑借其較低的摻量、優異的分散性能、功能可設計性及綠色環保等一系列優點成為工程建筑領域應用最廣的減水劑。但是隨著其應用面越來越廣，實際工程對混凝土的要求越來越高，以及混凝土原材料復雜多變、環境的差異性、技術人員認識的局限性、使用習慣性等，導致在使用聚羧酸減水劑的過程中出現了許多問題，直接影響了聚羧酸系減水劑的應用效果[1-2]。特別是最近兩年建設規模的不斷擴大，天然砂資源日益匱乏，采用機制砂代替天然砂已經極為普遍，但是目前國內機制砂的生產控制技術還不夠先進，生產的機制砂還存在細度模數不穩定、含泥含粉量不穩定、顆粒形貌不穩定等問題[3-5]，使得使用機制砂配制混凝土時性能波動較大。此外，施工過程中，聚羧酸減水劑在合理摻量點進行摻量的小幅度變動，會導致新拌混凝土流動性不夠或損失過快，或導致混凝土離析、泌漿，使得混凝土生產控制難度加大[6]。因此，開發能夠滿足各種材料使用，且保坍效果、和易性及敏感性均較好的聚羧酸減水劑，具有十分重要的意義。

為能夠降低混凝土對環境溫度、單方用水量、減水劑摻量、水泥種類以及機制砂用量的敏感性，本文采用新型聚醚大單體聚乙二醇乙烯基醚（EPEG）、自制的酯類小單體和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸合成一種低敏感型聚羧酸減水劑，并對其敏感性進行評價。

1 實驗部分

1.1 實驗原材料

聚乙二醇乙烯基醚（EPEG，相對分子質量約3000），工業級，佳化化學有限公司；丙烯酸（AA），工業級，江蘇裕廊；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）；自制的酯類小單體；次亞磷酸鈉，湖北興發化工集團股份有限公司，工業級，；抗壞血酸（Vc）、雙氧水及氫氧化鈉均為工業級。

1.2 測試原材料

水泥：海螺水泥P·O42.5R，廣東英德海螺水泥有限責任公司；臺泥P·O42.5R，臺泥（英德）水泥有限公司；基準水泥；砂：機制砂，細度模數2.9；河砂，細度模數2.7；石：碎石，5mm～25mm 連續級配；粉煤灰：Ⅱ級，恒達建材貿易有限公司；礦粉：S95，廣東韶關鋼鐵集團。

1.3 合成實驗

實驗采用水溶性自由基聚合。反應的具體步驟為：先將聚乙二醇乙烯基醚大單體、次亞磷酸鈉和部分水加入到四口燒瓶中，快速攪拌，待大單體全部溶解，并且溫度降至在20℃時，加入雙氧水，攪拌3min，然后將丙烯酸、自制的酯類小單體和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的混合水溶液、抗壞血酸的混合水溶液分別均勻滴加至四口燒瓶中，滴加時間為1 小時，滴加完畢后繼續保溫1 小時。用32%氫氧化鈉水溶液中和至pH 為5.0～7.0，加水調節固含量至40%，得到所需低敏感型聚羧酸減水劑PDM 母液。

1.4 性能測試

混凝土拌合物坍落度，擴展度測試：參照《普通混凝土拌合物性能試驗方法》GB/T50080－2011 進行。

2 結果與討論

2.1 環境溫度敏感性

將合成的低敏感型聚羧酸減水劑PDM 與市售的普通聚羧酸減水劑PCE 在相同條件下進行環境敏感性試驗，結果如表1 所示。

表1 環境溫度敏感性試驗結果

由表1 中的數據可知，兩種外加劑都隨著環境溫度的升高出現損失增大的現象，但相比于普通聚羧酸減水劑PCE，低敏感型聚羧酸減水劑PDM 的坍落度和擴展度變化幅度較小，說明PDM 對環境溫度的敏感性比PCE 要低。

2.2 用水量敏感性

表2 為低敏感型聚羧酸減水劑PDM 與市售的普通聚羧酸減水劑PCE 在相同條件下進行單方用水量敏感性試驗。

表2 單方用水量敏感性試驗結果

由表2 可以看出隨著用水量的增大，二者的坍落度與擴展度都相應的增大，當用水量為150kg/m3時，摻普通聚羧酸減水劑的混凝土2h 后已經沒有擴展度，而摻PDM 的混凝土還有470mm的擴展度，可知，用水量對PDM的影響相對較小。

2.3 摻量敏感性

將低敏感型聚羧酸減水劑PDM 與市售的普通聚羧酸減水劑PCE 在相同條件下進行摻量敏感性試驗，結果如表3 所示。由數據可以很明顯的看出低敏感型聚羧酸減水劑PDM 對摻量的敏感性要明顯小于普通聚羧酸減水劑PCE。

表3 減水劑摻量敏感性試驗結果

2.4 水泥種類敏感性

為了研究此低敏感型聚羧酸減水劑對不同水泥的適應敏感性，分別選取了不同生產廠家生產的硅酸鹽水泥進行混凝土測試，實驗結果如表4 所示。

表4 減水劑對水泥敏感性試驗結果

由表4 可知，雖然不同水泥之間存在差異，但整體的變化趨勢是一至的，說明此低敏感型聚羧酸減水劑對不同水泥具有良好的適應性和較低敏感性。

2.5 機制用量砂敏感性

為研究低敏感型聚羧酸減水劑PDM 與普通聚羧酸減水劑PCE 對在不同機制砂用量下混凝土試驗的影響，在相同條件下調整機制砂與河砂的用量比例進行試驗，結果如表5 所示。

表5 機制砂用量敏感性試驗結果

本實驗中所用到的機制砂石粉含量相對較高，對聚羧酸減水劑的吸附量較大，隨著機制砂用量的提高，混凝土損失的也較大。而低敏感型聚羧酸減水劑因其獨特的分子結構，對機制砂混凝土相比于普通聚羧酸減水劑敏感性稍低。

3 結論

在不同環境溫度、單方用水量、減水劑折固摻量、水泥種類、機制砂用量條件下，相比于普通聚羧酸減水劑，摻本文中的低敏感型聚羧酸減水劑的混凝土的坍落度保持能力更好，敏感性更低。