（重庆建研科之杰新材料有限公司，重庆 402760）

聚羧酸减水剂具有减水率高、收缩率低、绿色环保等优点，在各大重点工程中应用比较广泛。随着环保力度的加强，天然砂资源越来越少，机制砂在混凝土中的应用越来越普遍[1-2]。机制砂是岩石通过破碎而成，这就使得机制砂的品质千变万化，一方面不同种类的岩石破碎后对减水剂的吸附不同，另一方面为了追求混凝土和易性和降低开采成本，机制砂往往具有高 MB 值、高含粉量的特点，这些都对聚羧酸减水剂的保坍性能提出更高的要求。因此，研究具有更高保坍功能的聚羧酸减水剂，降低减水剂应用于混凝土的经时损失变得越来越迫切。

本研究通过引入酯类功能单体，采用磺化巯基酸作为链转移剂，在调整酸醚比的基础上合成出了具有较高保坍功能的聚羧酸减水剂，提高了聚羧酸减水剂的应用范围。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）合成原材料

大单体：异戊烯醇聚氧乙烯醚（TPEG），相对分子质量 2400，工业级；双氧水：质量分数浓度 27.5%，工业级；抗坏血酸（Vc）和磺化巯基酸（SMA）均为分析纯；丙烯酸（AA）：含量 99%，工业级；多元酯：双键保留率 92%，工业级；液碱：含量 48%，工业级。

（2）测试原材料

水泥：冀东 P·O42.5R，标准稠度用水量 26.5%；粉煤灰：需水量比 113%；细骨料：机制砂，连续级配，MB=1.5，Mx=2.7，含粉量 12.21%；粗骨料：粒径 5～10mm 的小碎石，粒径 10～20mm 的大碎石。

1.2 合成试验

首先将 0.5g 抗坏血酸、1.0～1.4g 磺化巯基酸与45g 水混合制成 A 混合样，18～30g 丙烯酸、0～7g 多元酯与 10g 水混合制成 B 混合样。完成混合液制备后，将 200g 大单体与 160g 底水同时加入四口烧瓶中，待大单体完全溶解后将 2.6g 双氧水一次加入四口烧瓶，10min 后同时滴加 A 混合液和 B 混合样，滴加时间控制在 180min，滴加完成后保温 60min，最后加入液碱和水，调节 pH 为 5.5，含固量为 50%。整个反应在常温下进行，温度控制在 20～45℃ 之间。

1.3 混凝土拌合物性能测试

试验用配合比按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》进行设计，设计的配合比应使混凝土具有良好的和易性，参考表 1 所示。混凝土拌合物性能测试按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》的要求进行。

表1 混凝土配合比 kg/m3

2 结果与讨论

2.1 多元酯用量对减水剂保坍性能的影响

固定酸醚比（n(AA)：n(TPEG)=4:1）、磺化巯基酸用量为大单体质量的 0.46%，不同多元酯用量下合成聚羧酸减水剂，合成样品的混凝土工作性能如表 2 所示。

从表 2 可以看出，随着多元酯用量从 0% 增加到3.5%，合成的聚羧酸减水剂的混凝土初始坍落度略有升高，初始扩展度略有降低，但变化不大，而 1h 经时损失却不断减小，直到多元酯用量为 2.5% 时趋于稳定。当没有引入多元酯时，合成样的混凝土 1h 坍落度损失为 25mm、扩展度损失为 195mm，当多元酯用量占大单体质量的 2.5% 时，合成样的混凝土 1h 坍落度损失为 10mm、扩展度损失为 60mm，此时继续增加多元酯用量无法减小混凝土 1h 经时损失，因此从合成成本考虑，多元酯用量确定为大单体质量的 2.5%。

引入多元酯后，在减水剂主链上代替部分丙烯酸，而多元酯具有酯类大单体的特性，在水泥浆体的碱性环境中发生水解[3-5]，从而在较长时间内不断释放羧基，提高减水剂分子后期的吸附分散能力，从而提高减水剂的保坍性能。

2.2 磺化巯基酸用量对减水剂保坍性能的影响

固定酸醚比（n(AA)：n(TPEG)=4:1）、多元酯用量为大单体质量的 2.5%，不同磺化巯基酸用量下合成聚羧酸减水剂，合成样品的混凝土工作性能如表 3 所示。

从表 3 可以看出，随着磺化巯基酸用量从 0.40% 增加到 0.50%，合成样的混凝土初始流动性和 1h 流动性均呈现先增加后减小的趋势。当磺化巯基酸的用量占大单体质量的 0.46% 时，混凝土初始坍落度及扩展度分别为 240mm 和 580mm，1h 后的坍落度及扩展度分别为 230mm 和 520mm，此时的样品表现出较好的保坍性能。当磺化巯基酸用量继续增加时，对混凝土初始工作性影响不大，但 1h 经时损失增加较快，当磺化巯基酸的用量从 0.46% 增加到 0.50% 时，混凝土坍落度 1h 经时损失从 10mm 增加到 65mm，扩展度 1h 经时损失从60mm 增加到 200mm。

磺化巯基酸作为链转移剂，控制着合成样品的分子量，聚羧酸减水剂的分子量大小对其分散吸附影响较大[6]，本文通过试验，确定磺化巯基酸的用量占大单体质量的 0.46% 时，合成的减水剂具有较高的初始减水率和较好的保坍性能。

表2 多元酯用量对减水剂保坍性能的影响

表3 磺化巯基酸用量对减水剂保坍性能的影响

2.3 酸醚比对减水剂保坍性能的影响

固定磺化巯基酸用量为大单体质量的 0.46%、多元酯用量为大单体质量的 2.5%，调整酸醚比，合成不同聚羧酸减水剂样品，合成样品的混凝土工作性能如表 4所示。

从表 4 可以看出，当酸醚比较高（＞4:1）时，合成样品的混凝土初始工作性能较好，但其工作性能保持能力较差，表现为 1h 经时损失不断增加；当酸醚比较低（＜4:1）时，合成样品的混凝土初始工作性能较差，但其工作性能保持有所改善，其 1h 经时损失明显小于高酸醚比（＞4:1）的样品；当酸醚比为 4:1 时，合成样品具有较好的初始工作性能和较小的 1h 经时损失。

表4 酸醚比对减水剂保坍性能的影响

酸醚比不同，减水剂分子的侧链密度不同，对减水剂的吸附分散性能产生较大的影响[7]。当酸醚比较高时，减水剂分子的侧链密度降低、主链的吸附基团增加，导致空间位阻效果不理想，从而降低其分散保持功能，同时过高的酸醚比会导致高活性的丙烯酸自聚，影响减水剂性能；当酸醚比较低时，减水剂分子的侧链密度增加，空间位阻作用明显，但吸附基团变少，且侧链间距变小容易发生缠绕，不利于分散性能的维持。

3 结论

（1）酯类功能单体能够明显改善减水剂的保坍性能，多元酯用量为 TPEG 质量的 2.5% 时，合成的减水剂减水率高、保坍性能高、成本低。

（2）分子量对聚羧酸减水剂的保坍性能有较大的影响，在本文条件下，使用磺化巯基酸作链转移剂，用量为 TPEG 质量的 0.46% 时，聚羧酸减水剂具有最好的保坍性能。

（3）减水剂的侧链密度影响其吸附分散功能，通过试验发现，酸醚比为 4:1 时，聚羧酸减水剂具有较高的初始减水率和最小的混凝土经时损失。