王浩，易妍妍，劉偉，葉冉冉，陳亙偉，王啟寶，王棟民

（中國礦業(yè)大學（北京）化學與環(huán)境工程學院，北京 100083）

常溫生產(chǎn)聚羧酸高性能減水劑應用性能研究

王浩，易妍妍，劉偉，葉冉冉，陳亙偉，王啟寶，王棟民

（中國礦業(yè)大學（北京）化學與環(huán)境工程學院，北京 100083）

在常溫條件下，生產(chǎn)出一種聚羧酸減水劑，即 PC-JH，通過測定凈漿流動度，砂漿擴展度以及混凝土性能測試判定PC-JH 分散能力的優(yōu)劣；并通過紅外光譜分析 PC-JH 所含有的官能團。結(jié)果表明：常溫生產(chǎn)的 PC-JH 對水泥適應性較好；摻加PC-JH 的砂漿擴展度及混凝土坍落度均大于摻加基準減水劑的試樣。紅外光譜測定結(jié)果表明 PC-JH 含有聚氧乙烯基、羧基、羥基等基團。通過混凝土性能測試證明常溫條件下生產(chǎn)的聚羧酸減水劑分散性能優(yōu)異，含氣量及抗壓強度均合格，可應用于生產(chǎn)實踐。

聚羧酸高性能減水劑；常溫；應用性能

0 前言

現(xiàn)代混凝土的五種主要成分分別為：石子、砂、水泥、水和外加劑[1]。由于外加劑能明顯改善混凝土和易性，所以它成為混凝土中必不可少的組分。聚羧酸減水劑作為混凝土化學外加劑，能有效提高混凝土坍落度，改善混凝土和易性，且在生產(chǎn)過程無污染[2-5]。通常，聚羧酸減水劑的合成溫度為50～80℃，但在此溫度下合成不僅會延長生產(chǎn)時間，還增加其生產(chǎn)成本。為了響應國家節(jié)能減排的號召，常溫合成工藝成為當今一個重要的研究與發(fā)展方向。

作者通過前期大量試驗[6-8]，成功研究出一種在常溫條件下生產(chǎn)的聚羧酸減水劑（PC-JH）。這種減水劑能有效地減少生產(chǎn)周期，生產(chǎn)周轉(zhuǎn)時間大約為 5h，且無需加熱。本文通過水泥凈漿流動度、水泥砂漿擴展度及混凝土性能測試驗證所得產(chǎn)品不僅分散及分散保持性能優(yōu)異，而且性能穩(wěn)定，對不同品種的水泥適應性較好，有一定的應用價值。

1 試驗

1.1 試驗材料

丙烯酸（AA）、巰基乙酸（TGA）、抗壞血酸（Vc）、過氧化氫（H2O2）、氫氧化鈉（NaOH），甲基烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）均為工業(yè)級；穩(wěn)定劑（HSK）為自制；其中 HPEG 分子量為 2400，新寧—608；PC：攀枝花吉源科技有限責任公司自產(chǎn)母液。

1.2 樣品的合成

聚羧酸減水劑的合成方法為：向反應釜中加入一定量去離子水和 HPEG，待 HPEG 溶解后滴加 AA，TGA，Vc，H2O2以及 HSK，反應 4h。用 NaOH 調(diào)整產(chǎn)品的 pH 至 7 左右，并加入去離子水將產(chǎn)品的固含量調(diào)至 40%。

1.3 性能測試

1.3.1 水泥凈漿流動度

按照 GB 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》中的水泥凈漿流動度測試方法測定所制樣品初始凈漿流動度。其中水灰比為 0.29，減水劑固摻量為 0.13%。

1.3.2 水泥砂漿擴展度

按照 GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》中的方法，測定樣品的初始擴展度。其中，水泥用量為 450g，標準砂用量為 1350g，用水量為 190g，減水劑固摻量為0.16%。

1.3.3 混凝土性能試驗

將常溫合成所得試樣 PC-JH 做混凝土性能試驗，測定其初始坍落度、擴展度及 1h 保坍效果，并測定混凝土含氣量及各齡期的抗壓強度。其中細骨料為細度模數(shù) 1.1 的河砂，粗骨料為 5～10mm 和 10～20mm 的連續(xù)級配碎石，粉煤灰采用攀鋼 II 級粉煤灰，將 PC-JH 配成固含量為 8% 的樣品，參照 GB 50081－2002 《普通混凝土力學性能試驗方法》進行 C30 混凝土性能測試，混凝土配合比見表 1。

表 1 混凝土試驗配合比 kg/m3

2 結(jié)果與討論

2.1 常溫生產(chǎn)減水劑對水泥適應性影響

將常溫大試所得的 PC-JH 做水泥凈漿流動度測試，其中所用的水泥分別為瑞豐 P·O42.5，瑞豐 P·O32.5，石林拉法基P·O42.5和石林拉法基 P·O32.5。具體結(jié)果如圖 1 所示。

圖 1 水泥凈漿流動度的測定

圖 1 為采用不同水泥種類的水泥凈漿流動度測定結(jié)果。通過圖 1 可得：摻加 PC-JH 后水泥凈漿流動度隨時間的增加而減小。其中瑞豐 P·O32.5 水泥的初始流動度最大，瑞豐P·O 42.5 次之，石林 P·O42.5 再次，而石林 P·O 32.5 的初始流動度最差；瑞豐 P·O32.5、瑞豐 P·O 42.5 和石林 P·O 42.5的流動度保持能力較好，石林 P·O32.5 的流動度保持能力較差。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可能是因為每種水泥中水泥熟料與礦物摻合料的含量不同、水泥存放時間不同等原因[9]，都可造成摻加減水劑后水泥凈漿流動度大小的不同。通過對摻加常溫生產(chǎn)減水劑的水泥凈漿流動度分析可得：PC-JH 對水泥相容性較好，且流動度保持能力較好，可適應大多數(shù)水泥。

2.2 常溫生產(chǎn)減水劑對砂漿流動度的影響

采用攀枝花吉源科技有限責任公司生產(chǎn)的母液（PC）作為標樣，以常溫大試生產(chǎn)的 PC-JH 作為參比樣。通過測定砂漿流動度來比較兩者分散能力的大小，具體結(jié)果見表 2 所示。

表 2 水泥砂漿擴展度的測定

表 2 為未摻加減水劑、摻加標樣 PC 和摻加常溫生產(chǎn)的PC-JH 的水泥砂漿擴展度測試結(jié)果。由表 2 可得：未摻加減水劑的空白試樣初始、60min 擴展度均為最小；摻加減水劑后能明顯增加砂漿擴展度，其中摻加常溫生產(chǎn) PC-JH 的砂漿初始擴展度大于摻加 PC 的砂漿擴展度，這可能是由于 PCJH 的減水率較大，使得初始砂漿擴展度較大；通常初始擴展度與 60min 擴展度保持呈負相關(guān)性[10]，摻加 PC-JH 的試樣60min 砂漿擴展度損失很大，在實際使用時還需與保坍劑或緩凝劑復摻使用。

2.3 混凝土性能測試

將常溫條件下生產(chǎn)的 PC-JH 減水劑，與 PC 做混凝土性能試驗，集料、混凝土配合比及減水劑摻量相同條件下，考察兩種減水劑對混凝土分散保持性能的影響。結(jié)果見表 3。

表 3 混凝土測試結(jié)果

通過表 3 可得：摻加了聚羧酸減水劑的混凝土試樣其初始、1h 的坍落度及擴展度明顯大于空白樣品；PC 與 PC-JH對混凝土的坍落度及擴展度影響相似，PC-JH 的性能更好。其中 PC-JH 的混凝土初始坍落度和擴展度大于 PC，而 PC 的1h 保持能力優(yōu)于 PC-JH。摻加三種試樣的混凝土含氣量相差不大?？瞻讟悠返目箟簭姸仍诟鱾€齡期均小于 PC，PC-JH；而摻加 PC-JH 的混凝土試樣在各個齡期均大于 PC。通過混凝土性能試驗確定常溫條件下生產(chǎn)聚羧酸減水劑的分散性能優(yōu)秀，可應用于生產(chǎn)實踐。

2.4 紅外光譜的測定

PC-JH 紅外光譜分析測試的圖譜如圖 2 所示，通過紅外光譜分析可以確定合成的聚合物中所含有的官能團。

圖 2 樣品紅外測試圖譜

如圖 2 所示，在 3452.3、2886.9、1574.6、1467.5、1107.4cm-1附近存在著強度不等的吸收峰。其中，3452.3cm-1附近的吸收峰為締合狀態(tài)的 -OH 鍵伸縮振動產(chǎn)生的吸收峰；2886.9cm-1處的吸收峰是由烷烴中 C-H 鍵伸縮振動產(chǎn)生的。由于在 3000～3100cm-1范圍內(nèi)，沒有烯烴類的 C-H 鍵的吸收峰存在，同時在 1600～1680cm-1范圍內(nèi)也沒有 C＝C 雙鍵的吸收峰存在，所以可以認為 PC-JH 樣品中的單體全部發(fā)生了反應。1574.6、1467.5cm-1處的吸收峰為羧基 C＝O 的對稱伸縮吸收峰。1107.4 cm-1附近最強的吸收峰為醚鍵 C-O-C 不對稱伸縮振動引起的。由此可以得出合成的試樣中主要含有聚氧乙烯基、羥基、羧基等基團。

3 結(jié)論

（1）通過常溫生產(chǎn)的減水劑與水泥相容性試驗發(fā)現(xiàn)，瑞豐 P·O32.5 水泥的初始流動度最大，瑞豐 P·O42.5 次之，石林 P·O42.5 再次，而石林 P·O32.5 的初始流動度最差；通過對摻加常溫合成減水劑的水泥凈漿流動度分析可得：PC-JH 對水泥適應性較好，且流動度保持能力較好，可適應大多數(shù)水泥。

（2）未添加減水劑的空白試樣初始、60min 砂漿擴展度均為最??；摻加減水劑后能明顯增加砂漿擴展度，其中摻加常溫生產(chǎn) PC-JH 的砂漿初始擴展度大于摻加 PC 的砂漿擴展度。

（3）摻加了聚羧酸減水劑的混凝土試樣其初始、1h 的坍落度及擴展度明顯大于空白樣品；PC-JH 對混凝土的分散性能更好；摻加三種試樣的混凝土含氣量相差不大；空白樣品的抗壓強度在各個齡期均小于 PC，PC-JH；而摻加 PC-JH的混凝土試樣在各個齡期均大于 PC。通過混凝土性能試驗確定常溫條件下聚羧酸減水劑的分散性能優(yōu)秀，可應用于生產(chǎn)實踐。

（4）通過紅外光譜測定，可得出 PC-JH 主要含有的官能團，即聚氧乙烯基、羧基、羥基等基團。

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［通訊地址］中國礦業(yè)大學（北京）化學與環(huán)境工程學院（100083）

表 6 優(yōu)化后裝飾砂漿組成 %

4 裝飾砂漿的性能

制備的新型裝飾砂漿，經(jīng)國家建筑材料中心檢測，性能符合 JC/T 1024—2007《墻體飾面砂漿指標》指標要求（見表7）。

表 7 裝飾砂漿的性能

5 結(jié)語

用 SWF-08 為主要添加劑制備的新型裝飾砂漿，具有生產(chǎn)工藝簡單、運輸方便、貯存期長等優(yōu)點。使用裝飾砂漿，既可以滿足多種裝飾效果（瓷磚、藝術(shù)墻等），又解決了面層易開裂、不耐擦洗、瓷磚透氣性差、增加建筑物負荷、容易產(chǎn)生脫落等問題。同時，裝飾砂漿 95% 以上的材料是無機材料，沒有任何揮發(fā)物質(zhì)，是無毒無味的綠色環(huán)保建材。

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［作者簡介］張東華，男，研究生，工程師，安徽皖維高新材料股份有限公司總經(jīng)理助理兼生產(chǎn)安環(huán)部部長。

［通訊地址］安徽省巢湖縣安徽皖維新材料股份有限公司（238002）

王浩（1990—），男，北京人，在讀碩士研究生，主要從事常溫生產(chǎn)聚羧酸高效減水劑及保坍劑工藝及相關(guān)性能研究。