陳文山

（科之杰新材料集團(tuán)福建有限公司）

0 引言

聚羧酸減水劑具有減水率高、適應(yīng)性好、分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)[1]，目前已廣泛應(yīng)用于市政、鐵路、公路、港口、橋梁、水電等眾多工程領(lǐng)域。但是，隨著聚羧酸減水劑使用量的逐步增長(zhǎng)與推廣范圍的不斷擴(kuò)大，復(fù)雜多變的水泥、砂、石等材料對(duì)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(huì)對(duì)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(shí)由于混凝土砂、石等骨料會(huì)攜帶部分泥，造成混凝土坍落度損失過(guò)快。

本試驗(yàn)主要通過(guò)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(fā)劑，巰基乙醇（ME）為鏈轉(zhuǎn)移劑，合成一種高適應(yīng)性聚羧酸減水劑?；炷猎囼?yàn)結(jié)果表明，通過(guò)最佳工藝條件合成的高適應(yīng)性聚羧酸減水劑與市面上同類(lèi)聚羧酸減水劑產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品減水率高、和易性更好、保坍性能更優(yōu)。

1 實(shí)驗(yàn)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(yè)級(jí)。

⑵復(fù)配原材料：保坍劑PCE-1（市面上同類(lèi)聚羧酸保坍劑產(chǎn)品）；PCE（市面上同類(lèi)聚羧酸減水劑產(chǎn)品）；助劑H。

⑶混凝土試驗(yàn)材料：水泥C：春馳P.O 42.5；砂S：機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)2.7～3.1；石子G：公稱粒徑5～20mm 連續(xù)級(jí)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(jì)，開(kāi)啟攪拌器至聚醚溶解，整個(gè)過(guò)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(shí)間2.0h～2.5h，同時(shí)滴加已稱量的丙烯酸溶液，滴加時(shí)間2.0h～2.5h。

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

1.3性能測(cè)試方法

⑴水泥凈漿流動(dòng)度：按照GB/T 8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》執(zhí)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(zhí)行，測(cè)試拌合混凝土的初始坍落度與擴(kuò)展度、1h坍落度與擴(kuò)展度、硬化混凝土的抗壓強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1起始溫度的試驗(yàn)研究

在不改變其它試驗(yàn)參數(shù)條件下，僅通過(guò)起始溫度變化試驗(yàn)研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動(dòng)度情況，結(jié)果如圖1所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，起始溫度在25℃～45℃范圍內(nèi)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度最大，起始溫度低于25℃或高于45℃時(shí)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度下降，故最佳起始溫度范圍為25℃～45℃。

圖1 起始溫度試驗(yàn)研究

2.2滴加時(shí)間的試驗(yàn)研究

在不改變其它試驗(yàn)參數(shù)條件下，僅通過(guò)滴加時(shí)間變化試驗(yàn)研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動(dòng)度情況，結(jié)果如圖2所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，滴加時(shí)間在2.0h～2.5h范圍內(nèi)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度最大，滴加時(shí)間小于2.0h 或大于2.5h 時(shí)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度下降，故最佳滴加時(shí)間范圍為2.0h～2.5h。

圖2 滴加時(shí)間的試驗(yàn)研究

2.3鏈轉(zhuǎn)移劑ME的試驗(yàn)研究

在不改變其它試驗(yàn)參數(shù)條件下，僅通過(guò)鏈轉(zhuǎn)移劑ME 用量變化試驗(yàn)研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動(dòng)度情況，結(jié)果如圖3 所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，鏈轉(zhuǎn)移劑ME 用量在HPEG 的0.65%～0.75%范圍內(nèi)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度最大，鏈轉(zhuǎn)移劑ME 用量小于HPEG 的0.65%或大于0.75%時(shí)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度下降，故最佳鏈轉(zhuǎn)移劑ME用量范圍為HPEG的0.65%～0.75%。

圖3 鏈轉(zhuǎn)移劑ME的試驗(yàn)研究

2.4小單體AA的試驗(yàn)研究

在不改變其它試驗(yàn)參數(shù)條件下，僅通過(guò)小單體AA用量變化試驗(yàn)研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動(dòng)度情況，結(jié)果如圖4 所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，小單體AA 用量在HPEG 的13%～15%范圍內(nèi)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度最大，小單體AA 用量小于HPEG 的13%或大于15%時(shí)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)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(yàn)研究

2.5引發(fā)劑HO的試驗(yàn)研究

在不改變其它試驗(yàn)參數(shù)條件下，僅通過(guò)引發(fā)劑HO用量變化試驗(yàn)研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動(dòng)度情況，結(jié)果如圖5 所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，引發(fā)劑HO 用量在HPEG 的0.50%～0.60%范圍內(nèi)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度最大，引發(fā)劑HO 用量小于HPEG 的0.50%或大于0.60%時(shí)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度下降，故最佳引發(fā)劑HO用量范圍為HPEG的0.50%～0.60%。

圖5 引發(fā)劑HO的試驗(yàn)研究

2.6引發(fā)劑P1的試驗(yàn)研究

在不改變其它試驗(yàn)參數(shù)條件下，僅通過(guò)引發(fā)劑P1用量變化試驗(yàn)研究合成聚羧酸減水劑的凈漿流動(dòng)度情況，結(jié)果如圖6 所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，引發(fā)劑P1 用量在HPEG 的0.15%～0.25%范圍內(nèi)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度最大，引發(fā)劑P1 用量小于HPEG 的0.15%或大于0.25%時(shí)，合成聚羧酸減水劑凈漿流動(dòng)度下降，因此最佳引發(fā)劑P1范圍為HPEG的0.15%～0.25%。

圖6 引發(fā)劑P1的試驗(yàn)研究

2.7混凝土性能測(cè)試

試驗(yàn)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(yīng)性聚羧酸減水劑PCE-2 和市面上同類(lèi)聚羧酸減水劑產(chǎn)品PCE，均與保坍劑PCE-1 和助劑H 復(fù)配,外加劑配方見(jiàn)表1，在等摻量下進(jìn)行混凝土性能對(duì)比測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(kuò)展度相當(dāng)、1h 混凝土初始坍落度及擴(kuò)展度好于PCE，且混凝土和易性較好。由此可見(jiàn)，PCE-2 具有減水率高、保坍性能好、和易性較好等優(yōu)點(diǎn)，且3d、7d和28d的強(qiáng)度更高。

表2 混凝土測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)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(fā)劑，巰基乙醇（ME）為鏈轉(zhuǎn)移劑，合成了一種高適應(yīng)性聚羧酸減水劑PCE-2并對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行性能研究，通過(guò)試驗(yàn)得到如下結(jié)論：

⑴高適應(yīng)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(fā)劑P1 的用量為HPEG 的0.15%～0.25%，鏈轉(zhuǎn)移劑ME用量為HPEG的0.65%～0.75%，引發(fā)劑HO用量為HPEG的0.50%～0.60%，共聚反應(yīng)時(shí)間為2.0h～2.5h，保溫反應(yīng)1h。

⑵采用最佳工藝合成的高適應(yīng)性聚羧酸減水劑綜合性能優(yōu)異，具有減水率高、和易性好、保坍性能好等優(yōu)點(diǎn)。