聚羧酸減水劑母液的不同合成及復配工藝對混凝土流動性的影響

孫瑜

（吉林金恒制藥股份有限公司，吉林 132000）

混凝土外加劑是指在拌制混凝土過程中摻入的按照需求改善混凝土工作性能的產品[1]。聚羧酸減水劑具有摻量低、減水率高、綠色環保等特點，近年來廣泛應用于各類混凝土工程[2]。其中減水劑母液是混凝土外加劑中主要成分，它的加入能有效降低混凝土水灰比，增加混凝土流動度，改善混凝土和易性[3-4]。在用于混凝土之前，聚羧酸減水劑的制備主要經歷的是合成和復配兩個過程：合成過程是由不同種類的大單體（甲基烯丙基聚氧乙烯醚 HPEG、異戊烯基聚氧乙烯醚 TPEG、4-羥丁基乙烯基聚氧乙烯醚 VPEG）、小單體丙烯酸在加溫或常溫下，加入引發劑，分子量調節劑（有時根據合成的需要，加入還原劑、第三甚至第四單體及其他改良劑）制備酸性的母液，之后用堿進行中和；復配過程是將合成出來的母液加水、緩凝劑、引氣劑、消泡劑、保水劑等其他組分，使其在預拌混凝土中有一定的流動性及工作性能。

本文介紹了普通型和緩凝型聚羧酸減水劑的合成以及復配方法，制備的減水劑母液和復配產物可以應用于普通混凝土和對保坍時間有一定要求的混凝土。

1 試驗

1.1 試驗材料

HPEG，工業級，吉林奧克（OX-702），吉林市北方薈豐（HF-108）；TPEG，工業級，吉林奧克（OX-703），吉林市北方薈豐（HF-508）；丙烯酸，工業級，吉林石化；過硫酸銨，工業級，濟南豐樂化工有限公司；巰基乙酸、巰基丙酸，工業級，原平市同利化工有限責任公司；雙氧水，工業級，營口東方化工原料有限公司；維生素 C，醫藥級，東北制藥集團股份有限公司；丙烯酸羥乙酯，工業級，菏澤昌盛源科技股份有限公司；氫氧化鈉，工業級，內蒙古君正能源化工集團股份有限公司。

1.2 減水劑的制備

向裝有溫度計、攪拌器的四口燒瓶中加入大單體HPEG，生活用水，邊攪拌邊升溫至 60℃，用蠕動泵勻速滴加混合液 A 料及 B 料：A 料為過硫酸銨的水溶液，B 料為丙烯酸、巰基丙酸及水的混合溶液。A 料 3 小時滴加完畢，B 料 2.5 小時滴加完畢，之后保溫 1 小時，用配好的 40% 的氫氧化鈉溶液調至 pH 值為 6，之后用水調至濃度為 40%，出料制得減水劑。

1.3 保坍劑的制備

向裝有溫度計、攪拌器的四口燒瓶中加入大單體TPEG 和生活用水，加入雙氧水，常溫下用蠕動泵勻速滴加混合液 A 料及 B 料：A 料為維生素 C、巰基乙酸及水的混合溶液，B 料為丙烯酸、丙烯酸羥乙酯及水的混合溶液。A 料 3.5 小時滴加完畢，B 料 3 小時滴加完畢，之后保溫 1 小時，用配好的 40% 的氫氧化鈉溶液調至 pH 值為 6，之后用水調至濃度為 40%，出料制得保坍劑。

2 原材料與試驗

2.1 原材料

水泥：冀東水泥吉林有限責任公司生產的 P·O42.5水泥；粉煤灰：吉林電廠粉煤灰；砂：采用松花江中砂；石：松花江卵石，含泥量 0.5%；水：當地生活用水；外加劑：減水劑和保坍劑均為自制，用以上方法合成。

2.2 凈漿和混凝土試驗

2.2.1 純減水劑的水泥凈漿流動度測試

按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中的水泥凈漿流動度測試方法測定所制樣品的初始凈漿流動度、60 分鐘及 120 分鐘分散保持性能。其中水灰比為 0.29，水泥 300g，外加劑母液摻量為1.0g。純減水劑水泥凈漿流動度與時間的關系如表 1。

表 1 純減水劑對水泥凈漿流動度的影響 mm

2.2.2 保坍型減水劑的凈漿流動度測試

以丙烯酸 : 丙烯酸羥乙酯 : 大單體=1:1:15（質量比）制得保坍劑，并以不同比例與減水劑（大單體用OX-702，酸醚比 4.1）混合，攪拌均勻得到不同的保坍型減水劑。按照本文 2.1.2 的測定方法（摻量 1.2g）測得不同種類的保坍型減水劑的水泥凈漿流動度與時間的關系，如表 2。

表 2 保坍型減水劑對水泥凈漿流動度的影響 mm

2.2.3 復配配方對混凝土和易性的影響

以減水劑 : 保坍劑=5:5（質量比）的母液作為基準母液，加入葡萄糖酸鈉、引氣劑 K12、消泡劑和水，之后分別以如下兩種方式進行復配：方式一，不加其他物質；方式二，加入亞硝酸鈉和硫代硫酸鈉，混凝土拌合物的狀態見表 3。

3 結果與討論

3.1 不同酸醚比制備的減水劑的性能

從表 1 中可以看出，在目前常用的酸醚比 4.1 時，OX-702 型大單體制得的減水劑在水泥初始流動度和經時損失表現出了更好的性能，而對于 HF-108 型大單體，提高酸醚比到 5.3 使得其優良的減水性能得到更好的發揮。但是無論是哪種大單體，增大酸醚比都會使得凈漿流動度的經時損失來得更快，進而使得混凝土在出機不久流動度和坍落度損失就急劇變小。但是對于運距不太遠的工地而言，用 HF-108 型大單體用增大酸醚比的方法制得的減水劑可以降低摻量，進而降低混凝土攪拌站在外加劑上的成本，所以也不失為一種經濟的選擇。此外，在制備減水劑時過硫酸銨不要與維生素 C搭配，以免導致產品的顏色越放越深，從基本無色最后達到深紅色，而維生素 C 氧化導致的顏色加深能被雙氧水所漂白，所以雙氧水和維生素 C 共用對產物的顏色沒有影響。

3.2 不同比例復配的保坍型減水劑的性能

從表 2 中可知，單獨使用保坍劑時，水泥凈漿流動度呈現出先變大再變小的趨勢，這種現象表明在增大母液摻量時保坍劑有使混凝土坍落度和擴展度緩釋的功能，所以利用這一特點，對于吉林地區七八月份等溫度較高時期，保坍劑與減水劑復配可以起到延緩混凝土的凈漿流動度損失，減水劑與保坍劑復配以 5:5 能達到技術和經濟的最佳效果。

表 3 不同方式復配的混凝土狀態

3.3 新型復配方法對混凝土和易性的影響

在混凝土的復配中，在母液中加入葡萄糖酸鈉等緩凝材料、引氣劑（K12 等）、消泡劑是混凝土生產企業的常規復配方法。但研究表明亞硝酸鈉和硫代硫酸鈉的加入可以使得混凝土的和易性增強，原因是亞硝酸鈉、硫代硫酸鈉會發生如下反應：

對某些硫含量不足的水泥能起到一定的補充硫的作用，同時生成的一氧化氮氣體在混凝土表面形成和潤滑膜，有助于提高混凝土的和易性。

4 結論

（1）采用 HPEG 大單體、丙烯酸，用過硫酸銨引發劑，60℃ 反應能制得減水率較高的聚羧酸減水劑，而用 HF-108 型 HPEG 增大酸醚比還能制得減水率更高的減水劑。

（2）采用 TPEG 大單體，常溫下氧化還原體系引發能制得緩釋性能強的保坍劑，丙烯酸、丙烯酸羥乙酯與大單體的質量比為 1:1:15 時保坍的效果比較明顯。

（3）加入亞硝酸鈉和硫代硫酸鈉復配的混凝土外加劑有助于提高混凝土的和易性。