降粘型聚羧酸减水剂性能研究

2020-04-14

江西建材 2020年3期

江西省萍乡市联友建材有限公司，江西萍乡 337000

1 前言

聚羧酸高性能减水剂因在高标号混凝土中以其强度高、和易性好、自身重小的特点，现已被广泛应用公路.铁路.桥梁.隧道和超高层建筑中［2］。为了提高混凝土强度通常采用高强度等级的水泥、增加胶凝材料用量，降低水胶比，这些措施会导致混凝土粘度增加，流动速度变慢，施工难度加大及施工效率较低，很大程度上限制了高标号混凝土的推广与应用。聚羧酸减水剂具有掺量低、减水率高、保塌性能高等诸多优点，可以有效降低混凝土用水量，但不能有效解决低水胶比带来的混凝土粘度大的问题，因此，利用聚羧酸减水剂分子结构可设计性强等特点，合成了一种具有良好工作性能的降粘型聚羧酸减水剂，改善了高强混凝土的扩展度，加快了混凝土的流速。

2 实验部分

2.1 原材料

TPEG.丙烯酸.不饱和磷酸酯大单体（PM1500）.高活性还原剂（E51）.过硫酸铵.丙烯酰胺.链转移剂次磷酸钠.端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体。

2.2 降粘聚羧酸减水剂的合成

向四口烧瓶中加入一定量的TPEG、端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体和去离子水升至58℃后，加入一定量的次磷酸钠，搅拌10 min，再加入不饱和磷酸酯PM1500 和过硫酸铵，搅拌10 min 溶解，开始向烧瓶内滴加还原剂溶液B 和溶液A，A溶液由丙烯酸、AM 和水配成，B 溶液由高活性还原剂（E51）和一定量水配成，A 溶液3 h 滴加完，B 溶液3.5h 滴加完；待B 溶液滴完后保温l.5 h，补水，调节PH，得到固含量约为40%的降粘减水剂母液。

其结构简试如下：

2.3 检测方法

（1）净浆流动度实验

水泥净浆流动度测定参考GB8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。中材水泥P·O 42.5，减水剂掺量（折固）=0.12%，W/C=0.29。

（2）水泥浆体粘度实验，用数显黏度测定仪来测定

（3）混凝土试验

混凝土试验参照GB8076-2008《混凝土外加剂》进行，中材水泥P·O42.5，混凝土配合比（kg/m3）C：F：K：W：S：G=420：80：80：720：1080：150，外加剂6.96，混凝土粘度用流空时间来评价。

3 实验结果与讨论

3.1 端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体用量对降粘效果的影响

在引发剂（过硫酸铵）和链转移剂（次磷酸钠）用量分别为单体总质量的1.0 wt%和1.33 wt%，过硫酸铵：还原剂（E51）质量比为9：1，其他条件合成不变的情况下，考察端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体用量对减水剂的减水率及降粘效果的影响规律。

图1 双尾聚氧乙烯醚大单体用量对减水率及降粘效果的影响

从上图可以看出：双尾聚氧乙烯醚大单体用量的增加对水泥浆体粘度影响很大，对减水剂降粘效果影响较大。在一定范围内，双尾聚氧乙烯醚大单体用量用量越大，净浆初始流动度增加越多。但对水泥浆体明显粘度减小，端烯基酯结构用量到达醚的12.5%时，减水率和保坍性能都有所降低，这是由于双尾聚氧乙烯醚大单体比例过大，相对应TPEG 的比例也就越小，减水率和保坍性能降低。考虑减水率和浆体流动性，确定端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体用量为醚的12.5%比例来合成降粘型聚羧酸减水剂。

3.2 PM1500 用量对减水率及降粘效果的影响

在引发剂（过硫酸铵）和链转移剂（次磷酸钠）用量分别为单体总质量的1.0 wt%和1.33 wt%，过硫酸铵与还原剂（E51）质量比为9：1，其他合成条件不变的情况下，考察不饱和磷酸酯PM1500 用量对减水剂的减水率及降粘效果的影响规律。

图2 PM1500 用量对减水率及降粘效果的影响

从上图可以看出：水泥净浆粘度明显降低，说明PM1500单体对减水剂的降粘效果有着显著的作用，这是得益于PM1500单体的高比例憎水基团，改变了减水剂整体的亲水性能；PM1500 的用量增大到一定程度后，粘度不再降低，但减水率明显下降，这是由于PM1500 竞聚率小于丙烯酸，所以粘度变化不大。同时PM1500 提供吸附基团的能力小于丙烯酸单体，当用量越大减水率越低和损失越大。考虑净浆流动度和水泥粘度性能，采用PM1500 为醚的16.5%的比例合成降粘型聚羧酸减水剂。

3.3 丙烯酰胺用量对减水率及降粘效果的影响

在引发剂（过硫酸铵）和链转移剂（次磷酸钠）用量分别为单体总质量的1.0 wt%和1.33 wt%，过硫酸铵与还原剂（E51）质量比为9：1，合成条件不变的情况下考察丙烯酰胺用量对减水剂的减水率及降粘效果的影响规律。

图3 丙烯酰胺用量对减水率及降粘效果的影响

从上图可以看出：丙烯酰胺用量的增加水泥净浆粘度有一定的影响，丙烯酰胺用量对减水剂降粘效果有影响；随着丙烯酰胺的用量增加，初始净浆流动度和1h 流动度表现出先增加后减小的趋势。考虑流空时间和净浆流动度，合成了降粘型聚羧酸减水剂的丙烯酰胺用量为占单体质量的2.25wt%。

3.4 端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体、PM1500 和丙烯酰胺共聚对减水率及降粘效果的影响

在端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体为醚的12.5%，PM1500 为醚的16.6%，丙烯酰胺为醚的2.25%，过硫酸铵为单体总质量1.0 wt%，还原剂（E51）为单体总质量0.12 wt%，其他条件不变情况下，考察共聚合成的降粘型聚羧酸减水剂的减水率、保坍性和降粘效果的影响。

图4 端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体、PM1500和AM 共聚对减水率及降粘效果的影响

从上图可以看出：自制降粘型减水剂比普通聚羧酸减水剂和普通减水剂的减水率和保坍性能接近；比市售降粘聚羧酸减水剂1 与市售降粘聚羧酸减水剂2 要好；浆体粘度比普通聚羧酸减水剂要低，市售降粘聚羧酸减水剂1，市售降粘聚羧酸减水剂2 接近，及降粘效果接近。

3.5 混凝土对比试验

在端烯基酯结构双尾聚氧乙烯醚大单体为醚的12.5%，PM1500 为醚的16.6%，丙烯酰胺为醚的2.25%，过硫酸铵为单体总质量1.0 wt%，还原剂（E51）为单体总质量0.12 wt%条件下共聚合成的降粘型聚羧酸减水剂进行混凝土性能测试。采用相同的掺量和用水量，观察混凝土坍落度、扩展度、含气量、凝结时间，强度变化，见表1。

表1 混凝土试验结果

（1）根据混凝土性能测试结果可以看出，自制降粘型聚羧酸减水剂与普通聚羧酸减水剂的初始坍落度、扩展度和1h 损失与普通聚羧酸减水剂差不多比，比市售降粘聚羧酸减水剂1 和市售降粘聚羧酸减水剂2 要好，流速要快得多；与市售降粘聚羧酸减水剂1 和市售降粘聚羧酸减水剂2 接近，并且自制降粘型聚羧酸减水剂的各个龄期强度均达到试配要求。

（2）降粘型聚羧酸减水剂初始和1h 含气量稍高些，凝结时间时间相差不，其28d 强度均能达到试配要求。