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(fā)展有限公司）

0 引言

近年來，在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大浪潮的時代背景下，聚羧酸減水劑憑借其較低的摻量、優(yōu)異的分散性能、功能可設(shè)計性及綠色環(huán)保等一系列優(yōu)點成為工程建筑領(lǐng)域應(yīng)用最廣的減水劑。但是隨著其應(yīng)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(fù)雜多變、環(huán)境的差異性、技術(shù)人員認識的局限性、使用習(xí)慣性等，導(dǎo)致在使用聚羧酸減水劑的過程中出現(xiàn)了許多問題，直接影響了聚羧酸系減水劑的應(yīng)用效果[1-2]。特別是最近兩年建設(shè)規(guī)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(jīng)極為普遍，但是目前國內(nèi)機制砂的生產(chǎn)控制技術(shù)還不夠先進，生產(chǎn)的機制砂還存在細度模數(shù)不穩(wěn)定、含泥含粉量不穩(wěn)定、顆粒形貌不穩(wěn)定等問題[3-5]，使得使用機制砂配制混凝土?xí)r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(dǎo)致新拌混凝土流動性不夠或損失過快，或?qū)е禄炷岭x析、泌漿，使得混凝土生產(chǎn)控制難度加大[6]。因此，開發(fā)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(huán)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(zhì)量約3000），工業(yè)級，佳化化學(xué)有限公司；丙烯酸（AA），工業(yè)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(fā)化工集團股份有限公司，工業(yè)級，；抗壞血酸（Vc）、雙氧水及氫氧化鈉均為工業(yè)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(zé)任公司；臺泥P·O42.5R，臺泥（英德）水泥有限公司；基準(zhǔn)水泥；砂：機制砂，細度模數(shù)2.9；河砂，細度模數(shù)2.7；石：碎石，5mm～25mm 連續(xù)級配；粉煤灰：Ⅱ級，恒達建材貿(mào)易有限公司；礦粉：S95，廣東韶關(guān)鋼鐵集團。

1.3 合成實驗

實驗采用水溶性自由基聚合。反應(yīng)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(xù)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(diào)節(jié)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(jié)果與討論

2.1 環(huán)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(huán)境敏感性試驗，結(jié)果如表1 所示。

表1 環(huán)境溫度敏感性試驗結(jié)果

由表1 中的數(shù)據(jù)可知，兩種外加劑都隨著環(huán)境溫度的升高出現(xiàn)損失增大的現(xiàn)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(huán)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(jié)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(yīng)的增大，當(dāng)用水量為150kg/m3時，摻普通聚羧酸減水劑的混凝土2h 后已經(jīng)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(jié)果如表3 所示。由數(shù)據(jù)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(jié)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(yīng)敏感性，分別選取了不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的硅酸鹽水泥進行混凝土測試，實驗結(jié)果如表4 所示。

表4 減水劑對水泥敏感性試驗結(jié)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(yīng)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(diào)整機制砂與河砂的用量比例進行試驗，結(jié)果如表5 所示。

表5 機制砂用量敏感性試驗結(jié)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(jié)構(gòu)，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(jié)論

在不同環(huán)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。