聚羧酸減水劑的合成與性能研究

蔣毅

摘 要：聚羧酸減水劑是一種可以設計改良的減水劑類型，通過選用不同類型的聚合單體、功能基團，能夠實現對共聚物分子結構的優化和改良，從而合成出某方面性能更加優異的聚羧酸減水劑類型。文章主要以試驗研究的方式，探討早強型聚羧酸減水劑的合成方法，并對其合成性質做具體的分析，希望能夠對早強型聚羧酸減水劑的合成提供幫助。

關鍵詞：聚羧酸減水劑;合成;性能研究

聚羧酸系高性能減水劑本身具有綠色環保，摻量低、減水率高、保坍性能好等優點，因而被廣泛應用于各類建設工程，但隨著對聚羧酸減水系列產品的不斷推廣使用，混凝土技術也在不斷進步，發現聚羧酸高性能減水劑在特殊環境下，存在一定缺陷，比如早期強度上升較慢，直接影響混凝土模具拆除，限制了聚羧酸減水劑在某些建筑工程中的應用。因此，研究預制構件混凝土，能提高早期強度，縮短混凝土模板使用周期的早強聚羧酸減水劑具有十分重大的意義。

目前，最常制備早強聚羧酸減水劑有兩種方法：一種是復配有機鹽、無機鹽和醇胺類，但復配型早強聚羧酸減水劑具有摻量大，和易性差等問題;另一種是進行分子結構設計，引入具有早強結構的的小單體磺酸基團、酰胺基團等。而本文針對傳統減水劑分子結構進行突破式創新，引入一種自制超早強功能單體酯，制備出一種早強聚羧酸減水劑。

1 實驗

1.1 實驗主要原料與儀器

異戊烯基聚氧乙烯醚（相對分子質量為2400），紹興市宇州化工有限公司;丙烯酸，分析純，成都市科隆試劑廠;早強功能小單體（B），化學純，江陰創林化工有限公司;雙氧水，分析純，廣州銀河工貿公司;巰基乙酸，氫氧化鈉，分析純，福建濱海化學有限公司。

1.2 減水劑的合成工藝

將一定量的聚醚大單體與去離子水投入帶有溫度計、滴加裝置及攪拌器的四口燒瓶內，開啟攪拌器，同時升溫至預定溫度，攪拌均勻后加入雙氧水，10min后分別滴加由丙烯酸、AM、去離子水組成的A料及由巰基丙酸、L-抗壞血酸、去離子水組成的B料。滴加過程均勻進行，且B料比A料多滴加30min，待B料滴加完畢后，繼續保溫反應1h，待溫度降至室溫，并通過去離子水稀釋得到固含量為40%的聚羧酸減水劑。

1.3 檢測方法

按照GB/T8077-2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》測減水劑的含固量、密度。考察溫度對摻不同外加劑的影響時，砂漿力學性能測試所采用的配合比為水泥∶砂∶水=450∶1350∶168.5，而混凝土早期強度試驗所用的配合比為水泥∶水∶砂∶石∶礦粉：粉煤灰=312∶166∶730∶1030∶49∶49。按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》和GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測混凝土的坍落度和抗壓強度。

1.4 試驗原材料

水泥：采用福建永定閩福建材有限公司生產的閩福牌P.O42.5R水泥;粉煤灰：選用漳州后石電廠Ⅱ級粉煤灰;礦渣粉：選用福建本地S95級礦渣粉;砂：選用漳州地區的天然中粗河砂，細度模數2.7～2.9，含泥量小于2.0%;碎石：選用龍海的花崗巖碎石，5～25mm連續粒級，針片狀含量不大于12%，含泥量不大于1.0%;減水劑：自制早強型聚羧酸減水劑Z-11（含固量為40%），市售普通聚羧酸減水劑LQ-100（含固量為40%），某國外品牌早強型聚羧酸減水劑PAC-11（含固量為45%）。外加劑摻量以有效固體份計量。

2 結果與討論

2.1 酸醚比對早強型PCE分散性的影響

在聚羧酸減水劑與水泥相互作用的過程中，COO-與水泥中Ca2+相互結合，起到錨固定作用，使其吸附在水泥顆粒表面，所以酸醚比對PCE的分散性能有一定的影響。固定聚醚單體OXST-804、新型鏈轉移劑及引發劑用量，考察酸醚比對對減水劑分散性的影響，結果見表1。

由表1可見：

2.1.1 對于凈漿流動度，隨著酸醚比的增大，初始流動度呈先增大后減小的趨勢。當酸醚比為6.5時，初始流動度最大。這主要是由于主鏈聚合度一定時，隨著酸醚比增大，羧基量逐漸增大，吸附在水泥顆粒表面的數量也隨之增大，因此初始流動度增大。但當達到一定值時，PCE在水泥顆粒表面的吸附趨于飽和，再增加羧基也無法增加PCE在水泥顆粒表面的吸附量，因此初始流動度不再隨酸醚比的增大而增大。另外，初始分散性的提高使水泥顆粒與水接觸面增多，促進水泥水化，水化產物會覆蓋已吸附的PCE生成物上，導致已吸附的PCE失效，而由于初始吸附量增多，殘留在液相中的聚合物分子減不，不能有效地進行持續吸附，導致分散保持性降低。

2.1.2 對于混凝土流動性，隨著酸醚比的增大，混凝土擴展度和坍落度均呈先增大后減小的趨勢，與凈漿試驗趨勢一致，且同樣是當酸醚比為6.5時，擴展度和坍落度達到最大。說明當酸醚比為6.5時，該早強型PCE具有最佳的分散性。

2.2 不同室溫下TIPA和DEIPA對減水劑早強性能的影響

表2為不同室溫下TIPA、DEIPA對減水劑早強性能的影響。由表可知，當室溫為18℃時，加入早強組分TIPA和DEIPA后膠砂1d強度值比空白高1MPa左右，早強效果不明顯。當室溫為5℃時，TIPA與空白的1d膠砂強度值相當，沒有提高水泥的1d強度，而加入DEIPA后，水泥膠砂的1d強度值比空白大2MPa，增強效果比較明顯。由此可知加入DEIPA能有效提高水泥的早期強度。

3 結語

3.1 通過分子設計以及合成設計，以聚乙二醇單甲醚衣康酸酯、聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、N-[4-（磺酰胺）苯基]丙烯酰胺為聚合單體，采用大單體直接共聚法，合成了一種早強型聚羧酸系高分子減水劑。

3.2 通過對單體摩爾分數的優選、引發劑用量的考察、反應溫度等條件的優化，探索出在80℃條件下，聚乙二醇單甲醚衣康酸酯、聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、N-[4-（磺酰胺）苯基]丙烯酰胺的摩爾摩爾分數分別為35%，35%，30%，引發劑用量為3%（占單體總量），反應時間5h時合成產品的綜合性能最好。

3.3 減水率和抗壓強度性能的測試實驗結果表明，與傳統的聚羧酸系高分子減水劑相比，所設計合成的早強型聚羧酸系高分子減水劑具有更好的減水性能，并且能有效提高早期抗壓強度。

參考文獻：

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