一種高適應性聚羧酸減水劑的制備及性能研究

陳文山

（科之杰新材料集團福建有限公司）

0 引言

聚羧酸減水劑具有減水率高、適應性好、分子結構可設計、環境友好等優點[1]，目前已廣泛應用于市政、鐵路、公路、港口、橋梁、水電等眾多工程領域。但是，隨著聚羧酸減水劑使用量的逐步增長與推廣范圍的不斷擴大，復雜多變的水泥、砂、石等材料對聚羧酸減水劑的性能提出了更高的要求。由于混凝土拌合物中的水泥、粉煤灰、硅微粉等礦物摻合料會對聚羧酸減水劑大量吸附，使得減水劑在混凝土拌合物中的濃度偏低，同時由于混凝土砂、石等骨料會攜帶部分泥，造成混凝土坍落度損失過快。

本試驗主要通過以烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、丙烯酸（AA）為單體，還原劑（P1）/雙氧水（HO）為引發劑，巰基乙醇（ME）為鏈轉移劑，合成一種高適應性聚羧酸減水劑。混凝土試驗結果表明，通過最佳工藝條件合成的高適應性聚羧酸減水劑與市面上同類聚羧酸減水劑產品相比，該產品減水率高、和易性更好、保坍性能更優。

1 實驗部分

1.1主要原材料

⑴合成原材料：烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、丙烯酸（AA）、雙氧水（HO）、巰基乙醇（ME）、還原劑（P1）、32%氫氧化鈉溶液(NaOH)，均為工業級。

⑵復配原材料：保坍劑PCE-1（市面上同類聚羧酸保坍劑產品）；PCE（市面上同類聚羧酸減水劑產品）；助劑H。

⑶混凝土試驗材料：水泥C：春馳P.O 42.5；砂S：機制砂，細度模數2.7～3.1；石子G：公稱粒徑5～20mm 連續級配碎石。

1.2合成工藝

⑴單體均化：稱量一定量烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）與去離子水倒入四口燒瓶中，裝上攪拌器和溫度計，開啟攪拌器至聚醚溶解，整個過程起始溫度控制在25℃～45℃。

⑵加入小料：稱量一定量雙氧水（HO）倒入正在攪拌中的四口燒瓶，均勻攪拌5min。

⑶滴加物料：滴加已稱量的巰基乙醇（ME）和還原劑（P1）的水溶液，滴加時間2.0h～2.5h，同時滴加已稱量的丙烯酸溶液，滴加時間2.0h～2.5h。

⑷中和物料：保溫反應1.0h，倒入32%的NaOH 溶液中和至pH=5～7，即得到一種高適應性聚羧酸減水劑PCE-2。

1.3性能測試方法

⑴水泥凈漿流動度：按照GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》執行，水泥C：春馳P.O42.5，聚羧酸減水劑折固摻量為0.26%，水灰比為0.29。

⑵混凝土性能：按照GB 8076-2008《混凝土外加劑》執行，測試拌合混凝土的初始坍落度與擴展度、1h坍落度與擴展度、硬化混凝土的抗壓強度。

2 實驗結果與討論

2.1起始溫度的試驗研究

在不改變其它試驗參數條件下，僅通過起始溫度變化試驗研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動度情況，結果如圖1所示。試驗結果表明，起始溫度在25℃～45℃范圍內，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度最大，起始溫度低于25℃或高于45℃時，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度下降，故最佳起始溫度范圍為25℃～45℃。

圖1 起始溫度試驗研究

2.2滴加時間的試驗研究

在不改變其它試驗參數條件下，僅通過滴加時間變化試驗研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動度情況，結果如圖2所示。試驗結果表明，滴加時間在2.0h～2.5h范圍內，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度最大，滴加時間小于2.0h 或大于2.5h 時，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度下降，故最佳滴加時間范圍為2.0h～2.5h。

圖2 滴加時間的試驗研究

2.3鏈轉移劑ME的試驗研究

在不改變其它試驗參數條件下，僅通過鏈轉移劑ME 用量變化試驗研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動度情況，結果如圖3 所示。試驗結果表明，鏈轉移劑ME 用量在HPEG 的0.65%～0.75%范圍內，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度最大，鏈轉移劑ME 用量小于HPEG 的0.65%或大于0.75%時，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度下降，故最佳鏈轉移劑ME用量范圍為HPEG的0.65%～0.75%。

圖3 鏈轉移劑ME的試驗研究

2.4小單體AA的試驗研究

在不改變其它試驗參數條件下，僅通過小單體AA用量變化試驗研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動度情況，結果如圖4 所示。試驗結果表明，小單體AA 用量在HPEG 的13%～15%范圍內，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度最大，小單體AA 用量小于HPEG 的13%或大于15%時，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度下降，故小單體AA 最佳用量范圍為HPEG的13%～15%。

圖4 小單體AA的試驗研究

2.5引發劑HO的試驗研究

在不改變其它試驗參數條件下，僅通過引發劑HO用量變化試驗研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動度情況，結果如圖5 所示。試驗結果表明，引發劑HO 用量在HPEG 的0.50%～0.60%范圍內，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度最大，引發劑HO 用量小于HPEG 的0.50%或大于0.60%時，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度下降，故最佳引發劑HO用量范圍為HPEG的0.50%～0.60%。

圖5 引發劑HO的試驗研究

2.6引發劑P1的試驗研究

在不改變其它試驗參數條件下，僅通過引發劑P1用量變化試驗研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動度情況，結果如圖6 所示。試驗結果表明，引發劑P1 用量在HPEG 的0.15%～0.25%范圍內，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度最大，引發劑P1 用量小于HPEG 的0.15%或大于0.25%時，合成聚羧酸減水劑凈漿流動度下降，因此最佳引發劑P1范圍為HPEG的0.15%～0.25%。

圖6 引發劑P1的試驗研究

2.7混凝土性能測試

試驗采用C30 拌合，混凝土配合比為：C（水泥）:S1（河砂）:G1（石子）:W（水）=360:816:1039:175，將合成的高適應性聚羧酸減水劑PCE-2 和市面上同類聚羧酸減水劑產品PCE，均與保坍劑PCE-1 和助劑H 復配,外加劑配方見表1，在等摻量下進行混凝土性能對比測試，試驗結果見表2。

表1 外加劑配方

從表2 可知：在同等用量的情況下，PCE-2 與PCE 相比，混凝土初始坍落度及擴展度相當、1h 混凝土初始坍落度及擴展度好于PCE，且混凝土和易性較好。由此可見，PCE-2 具有減水率高、保坍性能好、和易性較好等優點，且3d、7d和28d的強度更高。

表2 混凝土測試結果

3 結論

以烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、丙烯酸（AA）為單體，還原劑（P1）/雙氧水（HO）為引發劑，巰基乙醇（ME）為鏈轉移劑，合成了一種高適應性聚羧酸減水劑PCE-2并對該產品進行性能研究，通過試驗得到如下結論：

⑴高適應性聚羧酸減水劑的最佳工藝為：起始溫度為25℃～45℃，小單體AA 用量為HPEG 的13%～15%，引發劑P1 的用量為HPEG 的0.15%～0.25%，鏈轉移劑ME用量為HPEG的0.65%～0.75%，引發劑HO用量為HPEG的0.50%～0.60%，共聚反應時間為2.0h～2.5h，保溫反應1h。

⑵采用最佳工藝合成的高適應性聚羧酸減水劑綜合性能優異，具有減水率高、和易性好、保坍性能好等優點。