低成本高保坍型聚羧酸減水劑的制備及性能研究

鄧 磊 蔣澤煉 沈建榮 陳孟東 謝大銀（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

低成本高保坍型聚羧酸減水劑的制備及性能研究

鄧 磊 蔣澤煉 沈建榮 陳孟東 謝大銀（貴州科之杰新材料有限公司，貴州 龍里 551206）

本文采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)及蔗糖為原料，在引發(fā)劑作用下，以較低溫度(40-45℃)與丙烯酸(AA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)合成一種低成本高保坍型聚羧酸減水劑。研究發(fā)現(xiàn)蔗糖取代7%的聚醚參與反應(yīng)時(shí)所得到的減水劑性能最好。并對(duì)該合成樣品進(jìn)行了多種檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和FT-IR、GPC等結(jié)構(gòu)表征。該合成樣品具有成本低、保坍性及緩凝效果好等優(yōu)點(diǎn)。

聚羧酸減水劑；蔗糖；紅外光譜

新型聚羧酸減水劑在我國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但諸多問(wèn)題隨之而來(lái)，其中最普遍最主要的難題之一就是如何控制混凝土坍落度損失快的問(wèn)題[1-2]。一般情況下，混凝土拌合物中，除了水泥外，還摻有許多超細(xì)礦物摻和料，這些超細(xì)的礦粉對(duì)減水劑的大量吸附，使得減水劑在溶液中的濃度越來(lái)越低，造成混凝土坍落度損失。尤其，高溫、長(zhǎng)距離運(yùn)輸時(shí)混凝土坍落度損失較大。為了降低坍落度損失，人們采用改變拌合工藝[3]、加水重塑、多次添加減水劑以及復(fù)配緩凝成分[4]等方法，但這不但增加了生產(chǎn)的成本還對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性產(chǎn)生了嚴(yán)重的副作用[5]。

為了解決混凝土坍落度損失較大和生產(chǎn)成本的問(wèn)題，在我們之前研究的基礎(chǔ)上，我們采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)及蔗糖為原料，在引發(fā)劑作用下，以較低溫度(40-45℃)與丙烯酸(AA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)進(jìn)行反應(yīng)生成一種低成本高保坍型聚羧酸減水劑。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 樣品的合成

向裝有攪拌器的四口燒瓶中加入一定量的去離子水,聚醚HPEG和蔗糖,加熱到30℃攪拌；丙烯酸(AA)和一定量丙烯酸羥乙酯(HEA)配制得A料；當(dāng)溫度穩(wěn)定在40-45℃時(shí)，向四口燒瓶中滴加雙氧水溶液(27%)，均勻攪拌5min，再分別滴加預(yù)先準(zhǔn)備好的A料和B料，B料為巰基乙酸（TGA）與抗壞血酸（Vc）的混合溶液，A料3h滴加完，B料3h30min滴加完。滴加完成后，恒溫反應(yīng)1h，即得保坍型聚羧酸減水劑母液(即本產(chǎn)品Point-T)。

1.2 水泥凈漿和混凝土性能的測(cè)定

水泥選用紅獅P.O 42.5水泥；砂石材料為貴州本地產(chǎn)機(jī)制砂石，細(xì)度模數(shù)2.7-3.1；5-20mm連續(xù)級(jí)配碎石；按照GB 8076-2008《混凝土外加劑》中測(cè)定水泥凈漿流動(dòng)度的方法進(jìn)行測(cè)定。其中水灰比為0.29，減水劑摻量為0.12%。將樣品配制成固含量為9.0%的外加劑溶液，參照國(guó)標(biāo)進(jìn)行C30混凝土性能實(shí)驗(yàn)，混凝土配比見(jiàn)表1。

表1 混凝土試驗(yàn)配合比(Kg/m3)

2 結(jié)果與討論

2.1 聚羧酸減水劑對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

采用本產(chǎn)品Point-T做參比樣，某市售保坍型減水劑PC作標(biāo)樣，紅獅P.O 42.5水泥，做水泥凈漿實(shí)驗(yàn)。測(cè)定兩者的凈漿流動(dòng)度，具體結(jié)果如表1。

表2 水泥凈漿對(duì)比試驗(yàn)

表2為空白樣、標(biāo)樣PC和參比樣Point-T的水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果。由表2可得：空白試樣凈漿初始及60min流動(dòng)度均較??；摻標(biāo)樣和參比樣的水泥凈漿流動(dòng)度明顯增加，其中加參比樣Point-T的凈漿初始略小于加標(biāo)樣PC的凈漿流動(dòng)度，但60min后基本無(wú)損失，而摻標(biāo)樣PC的凈漿流動(dòng)度明顯減小11mm。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看，Point-T的保坍性能優(yōu)于市售產(chǎn)品PC。

表3 混凝土測(cè)試結(jié)果

表4 減水劑GPC數(shù)據(jù)對(duì)比

2.2 聚羧酸減水劑的混凝土性能測(cè)試

從表3可看出：摻標(biāo)樣和參比樣的混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于空白樣品；參比樣Point-T的混凝土初始坍落度及擴(kuò)展度土略小于標(biāo)樣PC，，但1h保持能力較標(biāo)樣PC好；幾組混凝土的含氣量均相差不大；參比樣Point-T的混凝土試樣抗壓強(qiáng)度也優(yōu)于標(biāo)樣PC；凝結(jié)時(shí)間也長(zhǎng)。混凝土性能試驗(yàn)證明，本產(chǎn)品Point-T的混凝土效果優(yōu)于市售產(chǎn)品PC，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。

2.3 聚羧酸減水劑結(jié)構(gòu)表征

2.3.1 凝膠滲透色譜分析

參比樣Point-T數(shù)均分子量Mn較高(表4)，PDI(分布寬度指數(shù))較窄，轉(zhuǎn)化率接近，為91.60%。

注：Point-T為科之杰集團(tuán)特有的保坍型聚羧酸減水劑編號(hào)。

圖1 本產(chǎn)品Point-T的紅外光譜測(cè)試圖

2.3.2 紅外光譜分析

將低成本高保坍型聚羧酸減水劑Point-T作FT-IR結(jié)果如圖1所示。其中，-OH的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰在3110cm-1-3660cm-1，為-COOH中的-OH伸縮振動(dòng)吸收峰。羧酸鹽單元-COONa中-C=O-的伸縮特征峰為1639cm-1。酯基-C=O-的伸縮振動(dòng)吸收峰為1730cm-1。-CH-、-CH2-的特征吸收峰在2870cm-1，1453cm-1，1355cm-1為，1110cm-1是聚醚長(zhǎng)鏈-C-O-C-的特征吸收峰。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)本文采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)及蔗糖為原料，在引發(fā)劑作用下，以較低溫度(40-45℃)與丙烯酸(AA)、丙烯酸羥乙酯(HEA)合成一種低成本高保坍型聚羧酸減水劑。

2)蔗糖取代10%的聚醚參與反應(yīng)生成的減水劑在混凝土中的分散性能較差。取代率為7%時(shí)，所得聚合物分散及保坍性能均較好，極大地降低了聚羧酸減水劑的生產(chǎn)成本。

3)從凝膠滲透色譜可以看出，圖中顯示特征官能團(tuán)的振動(dòng)吸收峰均與聚羧酸基本骨架結(jié)構(gòu)一致。

[1]陳亞萍,徐征宇,陳斐.緩釋高保坍型聚羧酸減水劑的制備及其性能研究.新型建筑材料,2015:8-11.

[2]冉千平,田倩,劉加平.新型聚羧酸類接枝聚合物的清潔生產(chǎn)工藝、性能與工程應(yīng)用[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào),2003,11(3):304-309.

[3]Malhotra V M.Superplasticizers:Their effect on fresh and hardened concrete [J].Design & Construction,1981,3(5):66-81.

[4]Plank,Winter C.Competitive adsorption between superplasticizer and retarder molecules on mineral binder surface[J].Cement and Concrete Research, 2008, 38(5):599-605.

[5]崔子亮,陳衛(wèi)豐.保坍型聚羧酸系減水劑研究進(jìn)展.山東化工,2013,42(10):64-67.

Research on synthesis and performance of inexpensive polycarboxylate superplasticizer with highly slumpretaining ability

A new kind of inexpensive polycarboxylate superplasticizer with fine slump-retaining ability was synthesized by reaction of methyl allylpolyethenoxy (HPEG),acrylic acid(AA),hydroxyethyl acrylate(HEA) with sucrose in the presence of initiator at low temperature (40～45 centigrade).The results showed that the performance of polycarboxylate superplasticizer produced by the reaction was optimal when 7% of methyl allylpolyethenoxy (HPEG) was replaced by sucrose.The synthesized samples were used to carry out test experiments and the structural characterization of FT-IR,GPC etc.Also,it has low cost, highly slump-retaining ability and fine retarding effect.

polycarboxylate superplasticizer；sucrose；FT-IR

TU528 O42.2

B

1003-8965(2017)04-0022-02

鄧?yán)冢?，碩士，工程師，貴州科之杰新材料有限公司研發(fā)工程師兼技術(shù)主辦，主要從事混凝土外加劑的研發(fā)與應(yīng)用。