新型高保坍聚羧酸母液的合成及其性能研究

2021-07-05孟祥杰

商品混凝土 2021年5期

关键词：净浆分散性母液

孟祥杰

（重庆建研科之杰新材料有限公司，重庆 402760）

0 前言

项目通过酯醚比设计和功能单体选择，制备出不同的聚羧酸保坍母液样品，通过水泥和混凝土性能试验调整，达到长时间保坍的效果，对进一步工业化生产和提高商品混凝土企业生产效率有指导意义。

1 试验

1.1 主要合成用原材料

聚醚单体（TPEG），分子质量 2400，工业级；功能单体，工业级；丙烯酸（AA），主含量 99%，工业级；丙烯酸羟乙酯（HEA），主含量 93%，工业级；双氧水，主含量 27.5%，工业级；吊白块，工业级；巯基乙醇（MCH），工业级；氢氧化钠，48%，工业级；葡萄糖酸钠，工业级。

1.2 混凝土用原材料

（1）水泥：采用台泥 P·O42.5R 普通硅酸盐水泥，其性能指标见表1，水泥各项指标符合 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准要求。

表1 水泥的性能指标

（2）粉煤灰：重庆珞璜电厂产粉煤灰，其性能指标见表2。

表2 粉煤灰的相关性能 %

（3）砂：机制砂，细度模数为 2.8，MB=3.0，含粉量 11%。

（4）石子：小石子粒径为 5～10mm 的碎石，大石子粒径为 10～25mm 的碎石。

（5）水：自来水，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水标准》中规定的拌合用水要求。

（6）聚羧酸减水剂：重庆建研科之杰新材料有限公司自产保坍母液 PCE-1（原工艺）、PCE-2 和 PCE-3（改进工艺）、市售某厂家保坍母液 PCE-4，固含量均为 40%。

该研究是对吉安（油田话）的单字调调值的第一次具体研究，通过所得的实验数据，得出结论：年青者（23岁）调类的基频整体上低于其他两位年长发音人的基频，年长者（68岁）的阳平尾端有明显的下降，不同于其他两位发音人，说明年龄差异影响到调类变化，历史上阳平有可能是个升降调，为了证明这一想法，笔者将会在另一论文中进行证明。因此，暂且认为油田方言总共有四个调类，阴平，阳平，上声和去声，入声归入阴平和去声。

1.3 合成设备与工艺

本研究所用到的仪器设备如表3 所示。

表3 主要试验仪器设备

往装有加热装置、温控装置、冷凝回流装置和搅拌器的四口瓶中加入计量好的水及 TPEG 和功能单体，加热搅拌至大单体全部溶解，待升温至 45℃ 后分别滴加双氧水的水溶液、吊白块和巯基乙醇的水溶液、AA 和HEA 的水溶液，控制在 3h 内滴完，再恒温 1h，加入30% 氢氧化钠调节 pH 值至 6.0～7.0，即得到了聚羧酸减水剂，通过调整酯醚比 n(HEA)∶n(TPEG) 合成了 3组不同的聚羧酸减水剂。

1.4 产品性能检测方法

（1）水泥净浆流动度测定按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中的标准方法进行。

（2）混凝土拌合性能按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》进行测试。

（3）混凝土的抗压强度按照 GB/T 50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法》进行测试。

2 结果与讨论

在反应温度 45℃ 条件下，改变酯醚比 n(HEA) :n(TPEG) 分别为 3:1、4:1、5:1 及市售样品，合成方案设计见表4。

表4 合成方案设计

2.1 对净浆流动度的影响

保坍母液合成过程中酯醚比、功能单体用量变化对减水剂的分散性有很大影响，合成三种保坍母液及市售产品进行净浆试验，净浆试验配合比：C=300，W=87，AD：0.5%，W/C=0.29，测试 0h、1h、2h、3h 净浆流动度，试验结果见表5、图1。

表5 水泥净浆流动度试验 mm

图1 保坍母液对净浆流动度影响

酯醚比由 3:1、4:1、5:1 变化，同时改变功能单体用量变化，即对应合成样品 PCE-1、PCE-2、PCE-3，通过净浆数据分析，初始净浆扩展度呈现下降趋势，特别是酯醚比 5:1，功能单体用量在 0.6% 时，初始扩展度为 190mm，小于 PCE-1、PCE-2 扩展度 10mm 以上。随着时间的推移，测试 1h、2h、3h 净浆扩展度，呈现先增长后下降趋势，其中酯醚比 3:1，未加入功能单体 PCE-1 样品 1h 增长最明显，由初始 204mm，增长到 230mm，3h 下降很明显，仅为 179mm；PCE-1、PCE-2 样品平稳增长，缓慢下降，流动度保持性较好；表现比较突出为酯醚比 4:1，功能单体加入量为 0.6%合成的 PCE-2 样品，初始及损失过程中均表现出优异的净浆流动性能；市售样品 PCE-4 虽然初始及 1h 扩展度较优异，分别为 220mm、235mm，但是 2h、3h 净浆扩展度急剧下降，不能满足长时保坍要求。通过净浆流动度评价四种样品，PCE-2 样品效果最好，具有很好的外加剂分散剂保持性能。

分析为选择合适的酯醚比，为长久持续缓慢释放提供基础，同时引入部分新型聚酯类功能单体做主链替换原有的 S2、K2 部分主链，改变主链结构，调整其侧链密度，而提高其保坍能力及适应性。

2.2 对混凝土扩展度的影响

对合成 3 个样品及市售产品进行混凝土扩展度测试，试验 C30 混凝土配合比：m水泥: m粉煤灰: m砂: m小石:m大石: m水: m减水剂= 280:60:770:330:785:165:1.7，水胶比为 0.485，砂率为 41%，测试 0h、1h、2h 混凝土扩展度，测试结果见表6、图2。

表6 混凝土扩展度 mm

图2 保坍母液对混凝土扩展度影响

通过对四种样品进行混凝土扩展度数据分析：PCE-1、PCE-2、PCE-4 混凝土初始扩展度相当，均在600mm 左右，PCE-3 初始扩展度较小，为 560mm，说明酯醚比 5:1、功能单体 0.6% 用量下，合成保坍母液对混凝土分散性不佳，没有很好的减水作用。测试混凝土 1h、2h、3h 损失扩展度，PCE-1、PCE-2、PCE-3、PCE-4 样品 1h 扩展度均增大，且增长幅度相当，2h、3h 扩展度数据显示，PCE-1、PCE-4 出现扩展度急剧下降现象，最为明显为 PCE-4，3h 扩展度降低到330mm，经时损失最大，这与净浆流动度数据规律一致，最为优异样品为 PCE-2，呈现出较好的混凝土分散性及流动度保持能力。说明酯醚比 4:1、功能单体用量0.6% 为最佳工艺，此时合成保坍母液在混凝土中体现出最优异的性能，具备长时保坍能力。

2.3 对混凝土抗压强度的影响

四种保坍母液混凝土试验成型，测试 3d、7d、28d混凝土抗压强度，试验结果见表7、图3。

表7 混凝土强度 MPa

图3 保坍母液对混凝土强度影响

由表7、图3 混凝土抗压强度数据可以发现：3d、7d、28d 强度最高者均为 PCE-2 样品；3d 最低者为PCE-4 样品；7d 和 28d 强度最低者为 PCE-1 样品。通过强度数据分析，PCE-2 样品力学性能最优，PCE-1力学性能最差，仍然判定 PCE-2 为最佳样品，酯醚比4:1、功能单体用量在 0.6% 为最佳工艺参数，合成出保坍母液为最优产品。

图3 坍落度试验

PCE-2 样品混凝土分散性较强、减水率较高、流动度较大，且流动度保持能力最高，成型振捣过程中，气泡更易随着浆体流动而排出，同时流动度浆体在混凝土体系中填充效果更好，使得混凝土易达到密实状态。新型聚酯类功能单体的引入改变主链结构，调整其侧链密度，改善了混凝土保坍及适应性能，促进水泥水化，激发强度发展。