陳 寶 璠

（1 黎明職業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，福建 泉州 362000；2 黎明職業(yè)大學(xué)實(shí)用化工材料福建省高等學(xué)校應(yīng)用技術(shù)工程中心，福建 泉州 362000）

化學(xué)外加劑同水泥、骨料、水及礦物摻合料一樣，是混凝土重要的組成成分之一。高效減水劑作為一種化學(xué)外加劑，已成為高性能混凝土必不可少的組分。它可最大限度地降低混凝土的水膠比，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性，高效減水劑是高性能、綠色混凝土發(fā)展的關(guān)鍵，也是混凝土目前研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一[1]。減水劑的發(fā)展可以大致分為3 個(gè)階段：從以木鈣為代表的第一代減水劑階段，向以萘系為代表的第二代減水劑階段過(guò)渡，再發(fā)展到現(xiàn)在以聚羧酸系為代表的第三代高效減水劑階段。聚羧酸系減水劑因具有無(wú)氯、低堿、高減水率、高分散、低摻量、高保坍、增強(qiáng)效果顯著、適應(yīng)性、耐久性俱佳、生產(chǎn)和使用無(wú)污染等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注[2-11]。

在國(guó)外，日本是最先開(kāi)始研發(fā)聚羧酸系減水劑的國(guó)家，在這方面的發(fā)展也最為迅速。1981年日本Master Builders Technology 公司和Nippon Shobubai公司開(kāi)始研制聚羧酸系減水劑，并于1986年首先把產(chǎn)品投入市場(chǎng)。到1998年，日本聚羧酸減水劑系列產(chǎn)品已經(jīng)占有較高性能AE 減水劑的60%以上[12]，2001年聚羧酸系減水劑用量在減水劑產(chǎn)品總量中已達(dá)到80%以上[13]，近年來(lái)，其用量更是占到高性能減水劑的90%[14]。2003年Sakai 等[15]從理論上分析介紹了日本應(yīng)用的3 種梳型減水劑的分子結(jié)構(gòu)對(duì)分散性、分散保持性及水泥與減水劑相容性的影響，這對(duì)聚羧酸系減水劑的理論研究及工程應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。如今，日本生產(chǎn)的聚羧酸系減水劑品種、型號(hào)繁多。近年來(lái)，歐美一些國(guó)家也開(kāi)始注重對(duì)聚羧酸系減水劑的研發(fā)，如Flatt 等[16]研究了水泥水化過(guò)程對(duì)聚羧酸系減水劑使用效果的影響，將所添加的減水劑分為3 個(gè)部分：被夾帶包裹無(wú)分散效果的部分、被吸附起分散作用的部分及游離于溶液中的部分。Plank 等[17]研究了聚羧酸系減水劑與緩凝劑之間的競(jìng)爭(zhēng)吸附，總結(jié)出具有相似化學(xué)結(jié)構(gòu)的添加劑的吸附規(guī)則，這對(duì)聚羧酸系減水劑與其它添加劑的相容性以及添加劑的選擇有一定指導(dǎo)意義。Flatt 等[18]還通過(guò)原子力顯微鏡檢測(cè)硅酸鈣水合物表面上梳型共聚物特有的位阻效應(yīng)，定量給出了表面覆蓋率、位阻層厚度等相關(guān)性質(zhì)與梳型共聚物分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

在我國(guó)，對(duì)聚羧酸系減水劑方面的研究起步較晚，20 世紀(jì)90年代中后期方開(kāi)始，于21 世紀(jì)初期才進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用。但到目前為止，國(guó)內(nèi)在減水劑的生產(chǎn)應(yīng)用方面仍然相當(dāng)部分仍以萘系為主，聚羧酸系減水劑的生產(chǎn)應(yīng)用還有待大力推廣。為此，不少科研人員在這方面做了許多工作，也取得了一些成果。如王凌偉等[19]用馬來(lái)酸酐和聚乙二醇合成單酯，再與2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸共聚制得減水劑，討論了共聚反應(yīng)條件對(duì)減水劑性能的影響；唐林生等[20]采用甲氧基聚乙二醇衣康酸單酯為大單體合成減水劑，其減水效果比用甲氧基聚乙二醇馬來(lái)酸單酯和甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯為大單體合成的減水劑的減水效果要好；壽崇琦等[21]用偶氮三氰基戊酸為引發(fā)劑，用甲基丙烯磺酸鈉、烯丙基聚氧乙烯醚與甲基丙烯酸叔丁酯為原料，接枝共聚合成兩端帶有羧基的主鏈，再通過(guò)縮合反應(yīng)，在兩端接上超支化聚酰胺一胺，最終得到了超支化型聚羧酸減水劑，添加該減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度最高達(dá)到了315 mm。隨著科研的進(jìn)行，我國(guó)聚羧酸系減水劑的研發(fā)水平與生產(chǎn)應(yīng)用水平均獲得了很大提高，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)聚羧酸系減水劑的廠家已逐年增加，有相當(dāng)部分公司生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量已接近國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平，并逐漸得到推廣和應(yīng)用，聚羧酸系減水劑的應(yīng)用也相應(yīng)從過(guò)去的重大工程、重點(diǎn)部位的應(yīng)用向一般重點(diǎn)工程、普通工程應(yīng)用方向發(fā)展。

當(dāng)今，國(guó)內(nèi)對(duì)聚羧酸系減水劑的研究重點(diǎn)主要在提高性能和降低成本等方面上，并根據(jù)減水劑的作用機(jī)理和對(duì)其分子結(jié)構(gòu)的研究，以指導(dǎo)減水劑的合成。為此，本文以自制的、成本相對(duì)較低的可聚合大分子單體MPEGAA、丙烯酸和具有兩性的酰胺基團(tuán)（—CO—NH—）的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸為主要單體，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)以確定各單體比例，采用環(huán)保經(jīng)濟(jì)的水溶液共聚方式，制備一種具有羧基、羥基、酯基、酰胺基、磺酸基等極強(qiáng)活性基團(tuán)和甲氧基聚乙二醇長(zhǎng)側(cè)鏈共存的MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑，重點(diǎn)考察了共聚各單體用量和聚合反應(yīng)條件等因素對(duì)MPEGAA-AA-AMPS高效減水劑性能的影響。

1 材料與方法

1.1 研究材料

聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯（MPEGAA），自制，固含量29.2%；丙烯酸（AA），分析純，青島金達(dá)化工有限公司；氫氧化鈉（NaOH），分析純，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司；過(guò)硫酸銨（APS，引發(fā)劑），分析純，上海青浦化工有限公司；酚酞，分析純，中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS），工業(yè)級(jí)，廈門(mén)長(zhǎng)天企業(yè)有限公司；水泥(C)，P·O 42.5，安徽蕪湖海螺水泥有限公司。粗骨料(G)，碎石，符合連續(xù)級(jí)配5～25 mm 的要求；細(xì)骨料(S)，河砂，細(xì)度模數(shù)為2.71，符合Ⅱ區(qū)級(jí)配要求。粉煤灰(FA)，細(xì)度（0.045 mm方孔篩篩余）6.9%，比表面積445 m2/kg，含水量0.20%，需水量比94%，福建新源粉煤灰開(kāi)發(fā)有限公司；礦渣粉（GBFS），比表面積456 m2/kg，廈門(mén)市禾強(qiáng)建材有限公司；水(W)，自來(lái)水。

1.2 聚合工藝

采用水溶液聚合法，先把AA 和AMPS 配成具有一定濃度的混合單體水溶液，再將引發(fā)劑APS 配成一定濃度的水溶液，然后向裝有溫度計(jì)、機(jī)械攪拌裝置、冷凝回流及恒壓滴液裝置的四口燒瓶中加入AA 和AMPS 混合單體水溶液，通氮排氧，開(kāi)動(dòng)攪拌器，常壓加熱至反應(yīng)溫度80 ℃后，分別滴加MPEGAA 和APS 水溶液，待滴加結(jié)束，繼續(xù)保持恒溫反應(yīng)一段時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，然后加入一定濃度的氫氧化鈉水溶液，調(diào)節(jié)pH=7，再加入純水，稀釋到一定的固含量，即可制得MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑的水溶液。其共聚反應(yīng)方程式及分子結(jié)構(gòu)為：

1.3 測(cè)試與表征

1.3.1 水泥凈漿流動(dòng)度的測(cè)試

稱(chēng)取300 g 水泥，倒入用濕布擦過(guò)的不銹鋼凈漿攪拌鍋內(nèi)，加入一定量的減水劑和水，使水灰比為0.29。用水泥凈漿攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢璩绦驗(yàn)槁贁嚢?20 s，停15 s，再快速攪拌120 s。將水泥漿體倒入微型坍落度儀（φ36 mm×φ 60 mm×60 mm，內(nèi)壁光滑無(wú)接縫）中，刮平，迅速垂直向上提起，30 s 后量取流淌凈漿互相垂直的兩個(gè)方向最大直徑（mm），并計(jì)算平均值，以該平均值作為水泥凈漿流動(dòng)度。MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑摻量（折固摻量）為0.20%，水灰比mw/mc=0.29。

1.3.2 水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失的測(cè)定

將水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試中使用的水泥漿體收集，置于養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，每隔30 min 測(cè)定凈漿流動(dòng)度1 次，至2 h。

1.3.3 紅外光譜表征

取少量MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑水溶液，用丙酮與異丙醇混合溶劑進(jìn)行反復(fù)沉淀、溶解、洗滌、過(guò)濾后真空干燥處理，然后將得到的樣品研磨后與KBr 混合壓片，采用美國(guó)Nicolet Magna-IR 750 型傅里葉紅外光譜儀分析其官能團(tuán)結(jié)構(gòu)。

1.3.4 混凝土拌合物坍落度的測(cè)試

分別稱(chēng)取混凝土配合比確定的各材料，按石、砂和水泥的加料順序倒入先濕潤(rùn)后用同材料配比涮膛過(guò)的攪拌機(jī)內(nèi)，加入一定量的減水劑和水，在攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢?。攪拌程序?yàn)樾煨旒铀當(dāng)嚢?20 s，加完水繼續(xù)攪拌120 s，而后在鐵盤(pán)上翻拌60～120 s。將混凝土拌合物分3 層1/3 坍落度筒高裝入坍落度筒（φ 100 mm×φ 200 mm×300 mm，內(nèi)壁光滑無(wú)接縫），每層裝料振搗25 次，在5～10 s 垂直提起坍落度筒。從裝料至提起坍落度筒應(yīng)在150 s 內(nèi)完成。提起坍落度筒后，測(cè)量筒高與坍落后混凝土試體最高點(diǎn)之間的高度差，即為該混凝土拌合物的坍落度值。

1.3.5 混凝土拌合物坍落度經(jīng)時(shí)損失的測(cè)試

以B(C+FA+GBFS)∶S∶G=450∶745∶1165 配制摻加0.24%（折固摻量）減水劑的混凝土，按混凝土拌合物坍落度測(cè)定方法測(cè)定混凝土拌合物坍落度，調(diào)整用水量，控制混凝土拌合物初始坍落度為210 mm±10 mm，而后立即將全部物料裝入鐵桶或塑料桶內(nèi)，用蓋子或塑料布密封。存放0.5 h 后將桶內(nèi)物料倒在拌料板上，用鐵鍬翻拌兩次，再用坍落度儀測(cè)定混凝土拌合物坍落度，以同樣方法每隔0.5 h 測(cè)定一次。

1.3.6 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的測(cè)試

把已制作的各齡期試件成型的側(cè)面安放在抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上，以0.5～0.8 MPa/s 的速率連續(xù)均勻地加荷直到破壞，記錄破壞最大荷載Fa(N)，按式（1）計(jì)算混凝土立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cc(MPa)。

式中，A 為受壓部分面積，mm2。

抗壓強(qiáng)度比是以摻減水劑混凝土與基準(zhǔn)混凝土同齡期立方體抗壓強(qiáng)度的比值表示。

1.3.7 混凝土微觀結(jié)構(gòu)表征

將制得的混凝土試塊敲成片狀小塊樣品，采用德國(guó)Unico 公司LEO-1530 型掃描電鏡對(duì)添加MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑、養(yǎng)護(hù)28 天后的混凝土作斷面形貌檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單體用量對(duì)MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑性能的影響

2.1.1 AA 用量的影響

圖1 為其它條件不變[n(MPEGAA)∶n(AMPS)=1∶1.10，n(MPEGAA)=1 mol，引發(fā)劑APS 用量占聚合單體總質(zhì)量的5%，聚合反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間分別為80 ℃和5 h]情況下，水泥凈漿流動(dòng)度隨AA[n(AA)]的變化規(guī)律。由圖1 可知，水泥凈漿流動(dòng)度隨n(AA)的增加而呈現(xiàn)單峰值變化趨勢(shì)，當(dāng)n(AA)=4.3 時(shí)，水泥凈漿初始流動(dòng)度達(dá)到最大值，1 h 內(nèi)流動(dòng)度損失最小。原因是當(dāng)n(AA)＜4.3 時(shí)，隨著AA 用量的增大，AA 分子中的—COOH 在水泥顆粒表面的吸附作用和電荷斥力作用不斷提高，使得水泥凈漿流動(dòng)度顯著增大；當(dāng)n(AA)＞4.3 時(shí)，隨著AA 用量的增加，聚合物的分子質(zhì)量增大，容易產(chǎn)生自聚、絮凝現(xiàn)象，并且可能由于屏蔽羧酸基的電荷作用，從而導(dǎo)致水泥凈漿流動(dòng)度的降低。由此可見(jiàn)，n(AA)=4.3 最為適宜。

2.1.2 AMPS 用量的影響

圖2 為在其它條件不變[n(MPEGAA)∶n(AA)=1∶4.3，引發(fā)劑APS 用量占聚合單體總質(zhì)量的5%，聚合反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間分別為80 ℃和5 h]情況下，水泥凈漿流動(dòng)度隨AMPS 用量[n(AMPS)]的變化規(guī)律。由圖2 可知，水泥凈漿流動(dòng)度隨n(AMPS)的增加而呈現(xiàn)單峰值變化趨勢(shì)，當(dāng)n(AMPS)=1.10 mol 時(shí)，水泥凈漿初始流動(dòng)度達(dá)到最大值，1 h 內(nèi)流動(dòng)度損失最小。原因是當(dāng)n(AMPS)＜1.10 mol 時(shí)，AMPS 分子中含有強(qiáng)極性磺酸基（—SO3）、酰胺基團(tuán)以及不飽和雙鍵，使MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑具有良好的分散性能。由于極性基團(tuán)（—SO3）的電離作用，使得水泥顆粒表面帶上同性電荷，并且電荷量隨MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑濃度的增加而增大。這樣，水泥顆粒之間的靜電斥力導(dǎo)致水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)解體，顆粒相互分散，釋放出包裹于絮團(tuán)中的自由水，從而有效地增大了拌合物的流動(dòng)性，提高了水泥凈漿分散性。當(dāng)n(AMPS)＞1.10 mol 后，具有高鏈轉(zhuǎn)移活性的AMPS 引起MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑相對(duì)分子質(zhì)量降低，造成水泥凈漿分散性下降。由此可見(jiàn)，n(AMPS)=1.10 mol 最為適宜。

圖1 AA 用量對(duì)水泥凈漿分散性和保塑性的影響

圖2 AMPS 用量對(duì)水泥凈漿分散性和保塑性的影響

2.2 引發(fā)劑用量對(duì)MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑性能的影響

圖3 為在其它條件不變[n(MPEGAA)∶n(AA)∶n(AMPS)=1∶4.3∶1.10，聚合反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間分別為80 ℃和5 h]情況下，水泥凈漿流動(dòng)度隨引發(fā)劑（APS）用量的變化規(guī)律。由圖3 可知，水泥凈漿流動(dòng)度隨APS 用量的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)APS 用量為單體總質(zhì)量的5%時(shí)，水泥凈漿初始流動(dòng)度達(dá)到最大值，1 h 內(nèi)流動(dòng)度損失最小。當(dāng)APS 用量繼續(xù)增大，水泥凈漿的流動(dòng)性反而有所下降。原因是當(dāng)APS 用量較少時(shí)，體系聚合反應(yīng)不完全，單體殘留量較大，且自由基聚合速率大，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量大。若聚合物相對(duì)分子質(zhì)量過(guò)大，極易產(chǎn)生爆聚凝膠現(xiàn)象，導(dǎo)致水泥凈漿流動(dòng)性降低；相反，當(dāng)APS 用量較多時(shí)，自由基聚合速率小，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量小。若聚合物相對(duì)分子質(zhì)量過(guò)小，不利于減水劑空間位阻效應(yīng)的發(fā)揮，且聚合產(chǎn)物引氣性增強(qiáng)，也不利于水泥混凝土強(qiáng)度的提高。由此可見(jiàn)，APS 用量以5%最為適宜。

圖3 引發(fā)劑用量對(duì)水泥凈漿分散性和保塑性的影響

2.3 聚合反應(yīng)溫度對(duì)MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑性能的影響

圖4 為在其它條件不變[n(MPEGAA)∶n(AA)∶n(AMPS)=1∶4.3∶1.10，引發(fā)劑APS 用量占聚合單體總質(zhì)量的5%，聚合反應(yīng)時(shí)間為5 h]情況下，水泥凈漿流動(dòng)度隨聚合反應(yīng)溫度的變化規(guī)律。當(dāng)反應(yīng)溫度為80 ℃時(shí)，水泥凈漿初始流動(dòng)度達(dá)到最大值，1 h 內(nèi)流動(dòng)度損失最小。由圖4 可知，水泥凈漿流動(dòng)度隨反應(yīng)溫度的提高呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。原因是聚合反應(yīng)溫度對(duì)引發(fā)劑的分解速率和單體的相對(duì)活性影響很大。若聚合反應(yīng)溫度過(guò)低，單體活性過(guò)低，單體聚合反應(yīng)速率下降，同時(shí)，引發(fā)劑的分解速率過(guò)慢，半衰期過(guò)長(zhǎng)，與反應(yīng)單體結(jié)合生成單體自由基數(shù)量減少，即鏈引發(fā)反應(yīng)速率慢，致使聚合反應(yīng)速率降低，反應(yīng)物分子質(zhì)量較小，反應(yīng)不完全，MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑的分散性和保塑性較差。若反應(yīng)溫度過(guò)高，引發(fā)劑分解速率過(guò)快，半衰期過(guò)短，單體聚合速度過(guò)快，發(fā)生局部過(guò)度聚合[22]，或者導(dǎo)致接枝鏈官能團(tuán)分布不均勻，同時(shí)AA 容易發(fā)生熱交聯(lián)，同樣影響MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑的分散性和保塑性。由此可見(jiàn)，聚合反應(yīng)溫度以80 ℃為宜，在此溫度下，引發(fā)劑分解速率適宜，MPEGAAAA-AMPS 高效減水劑的分散性和保塑性最佳。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑性能的影響

圖5 為在其它條件不變[n(MPEGAA)∶n(AA)∶n(AMPS)=1∶4.3∶1.10，引發(fā)劑APS 用量占聚合單體總質(zhì)量的5%，反應(yīng)溫度為80 ℃]情況下，水泥凈漿流動(dòng)度隨聚合反應(yīng)時(shí)間的變化規(guī)律。由圖5 可知，水泥凈漿流動(dòng)度隨聚合反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為5 h 時(shí)，水泥凈漿初始流動(dòng)度達(dá)到最大值，1 h 內(nèi)流動(dòng)度損失最小。原因是如果反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，則共聚體系中單體的轉(zhuǎn)化率較低，溶液中還存在著一定的單體，這對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的保持極為不利。如果反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，側(cè)鏈脫落的數(shù)目過(guò)多，難以“屏蔽”主鏈上發(fā)揮減水作用的功能基團(tuán)如羧基、酰胺基，從而導(dǎo)致水泥凈漿流動(dòng)度保持能力下降。故聚合反應(yīng)時(shí)間以5 h 最為適宜。

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)水泥凈漿分散性和保塑性的影響

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)水泥凈漿分散性和保塑性的影響

2.5 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

影響MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑聚合反應(yīng)的因素有AA 摩爾分?jǐn)?shù)[n(AA)]、AMPS 摩爾分?jǐn)?shù)[n(AMPS)]、可聚合大單體MPEGAA 摩爾分?jǐn)?shù)[n(MPEGAA)]、大單體鏈長(zhǎng)、聚合反應(yīng)溫度和聚合反應(yīng)時(shí)間等。綜合分析以上各因素，認(rèn)為最主要影響因素是AMPS 用量、APS 用量、聚合反應(yīng)溫度和聚合反應(yīng)時(shí)間。于是，在確定加料方式和AA 用量不變的情況下，采用正交設(shè)計(jì)方案，將AMPS 用量、APS 用量、聚合反應(yīng)溫度和聚合反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為4因素，在每個(gè)因素上選取3 水平，以水泥凈漿初始流動(dòng)度作為考察指標(biāo)，進(jìn)行4 因素3 水平正交試驗(yàn)，以確定最佳配比和聚合反應(yīng)條件。L9(34)因素水平見(jiàn)表1，正交試驗(yàn)結(jié)果及分析見(jiàn)表2。

從表2 極差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，4 因素對(duì)水泥凈漿初始流動(dòng)度的影響從大到小依次為：n(AMPS)＞聚合反應(yīng)溫度＞聚合反應(yīng)時(shí)間＞APS用量。綜合考慮4 因素，得到合成MPEGAAA A-A M P S 高效減水劑的最佳合成條件是：n(MPEGAA)∶n(AA)∶n(AMPS)=1∶4.3∶1.10，引發(fā)劑APS 用量占聚合單體總質(zhì)量的5%，聚合反應(yīng)溫度為80 ℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h。該正交試驗(yàn)結(jié)果與單因素試驗(yàn)結(jié)果一致，由此可見(jiàn)，整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果是正確和可行的。

表1 L9(34)因素與水平

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.6 MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑的紅外圖譜分析

圖6 為MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑的紅外光譜圖。由圖6 可見(jiàn)，在波數(shù)3456 cm-1附近出現(xiàn)羥基的特征吸收峰；在波數(shù)1120～1110 cm-1附近有PEO 長(zhǎng)鍵鏈的吸收峰，其伸縮振動(dòng)發(fā)生在波數(shù)為3100～2500 cm-1范圍內(nèi)；波數(shù)1724 cm-1附近有酯鍵吸收峰；在波數(shù)1628 cm-1附近出現(xiàn)了酰胺伸縮振動(dòng)峰；在波數(shù)1565 cm-1和波數(shù)1430 cm-1附近出現(xiàn)羧酸衍生物的水解羧基C=O 的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰；在波數(shù)1250 cm-1、1110 cm-1、1050 cm-1等處附近出現(xiàn)磺酸基的伸縮振動(dòng)峰。

從紅外光譜分析表明，在合成的MPEGAAAA-AMPS 高效減水劑分子結(jié)構(gòu)中含有具有提供高度分散作用和減水作用的功能基團(tuán)如MPEG、羧基、磺酸基、酰胺基等基團(tuán)。

圖6 MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑的FT-IR 圖譜

2.7 混凝土試驗(yàn)

混凝土配合比為mC∶mFA∶mGBFS∶mS∶mG∶mW=337.5 ∶67.5 ∶45 ∶745 ∶1165 ∶167。將MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行混凝土對(duì)比試驗(yàn)，減水劑摻量均為0.24%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 混凝土試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可以看出，MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑對(duì)混凝土具有良好的分散性和保坍性。其綜合性能與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品相當(dāng)，在摻量相同情況下，MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑具有良好的保坍性能和較高的后期強(qiáng)度。

2.8 MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖7 是養(yǎng)護(hù)28 天后混凝土的SEM 圖。由圖7可知，混凝土養(yǎng)護(hù)28 天后，添加減水劑混凝土的結(jié)構(gòu)較為致密，有更多的鈣礬石（AFt）和水化硅酸鈣（C—S—H）生成，氫氧化鈣（CH）明顯減少，幾乎沒(méi)有結(jié)晶良好、定向生長(zhǎng)的CH 晶體；混凝土的微觀結(jié)構(gòu)較為密實(shí)，并且界面區(qū)表面起伏不定，直接與骨料大面積地粘接?；炷?8 天孔隙分布均勻，連通孔隙數(shù)量少，同時(shí)也降低了連通孔隙的直徑和改善了孔徑大小分布，減小了結(jié)構(gòu)缺陷的尺寸。從圖7 還可看出，添加MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑的混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，混凝土中的膠凝材料成絮狀結(jié)構(gòu)更加明顯，而且還緊緊地包裹著混凝土中的骨料，氣孔分布更加均勻。這不但有利于混凝土強(qiáng)度的提高，還有利于提高混凝土的抗侵蝕性能和耐久性能。

圖7 養(yǎng)護(hù)28 天后混凝土的SEM 圖

3 結(jié) 論

（1） 以MPEGAA、AA 和AMPS 為原料，在水溶液中合成的MPEGAA-AA-AMPS 高效減水劑，其最佳合成工藝參數(shù)為n(MPEGAA)∶n(AA)∶n(AMPS)=1∶4.3∶1.10，引發(fā)劑用量為5%，聚合溫度為80 ℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h。

（2）由最佳工藝合成的MPEGAA-AA-AMPS高效減水劑不僅具有良好的分散性和保塑性，而且減水增強(qiáng)效果良好。

（3）MPEGAA-AA-AMPS 聚羧酸高效減水劑的分散性和保塑性主要是通過(guò)靜電斥力和空間位阻效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但空間位阻效應(yīng)仍起主導(dǎo)作用。

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