聚羧酸系高效减水剂的合成及性能探究.pdf

61 建筑建材装饰2013年第8期 施工技术 聚羧酸系高效减水剂的合成及性能探究 林敏 （福州市建筑科学研究所，福建福州 350005） 摘要： 本文主要研究以烯丙醇聚氧乙烯醚、 丙烯酸、 马来酸酐和甲基丙烯磺酸钠为主要原材料的聚羧酸减水剂的制备， 并与传统萘系减水剂进行性能测试比较。 结果表明， 自制聚羧酸减水剂具有减水率高、 流动度损失小、 抗压强度比高等优点， 具有广泛的应用前景。 关键词：聚羧酸减水剂；高效；合成；性能 中图分类号： TQ31 文献标志码： A 文章编号： 16743024（2013）086102 前言 混凝土高效减水剂可以较好地分散水泥颗粒，减少达 到规定工作度的用水量， 它既可以用来提高混凝土的强度， 也可以用来提高混凝土的工作性能，是混凝土材料中的关 键组分之一。聚羧酸高效减水剂具有掺量低、减水率大、 不离析、不泌水、保坍性能好等优点，是高效减水剂的发 展方向。本文选用烯丙醇聚氧乙烯醚、丙烯酸、马来酸酐 与甲基丙烯磺酸钠为原材料，在引发剂过硫酸铵的引发下 进行自由基聚合，得到所需的聚羧酸减水剂。初步试验证 明，与传统萘系减水剂相比，自制聚羧酸减水剂具有分散 效果好、坍落度损失小、抗压强度比高、混凝土和易性得 到明显改善等优点。 1 聚羧酸减水剂的合成 1.1 主要原材料 合成减水剂的主要原材料包括：烯丙醇聚氧乙烯醚、 丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、马来酸酐、过硫酸铵等。 1.2 试验仪器 温度计、搅拌器、分液漏斗、四口瓶、油浴锅等。 1.3 合成方法 将用一定量蒸馏水溶解的甲基丙烯磺酸钠溶液加入到 四口烧瓶中，加热搅拌至 90后，开始同时缓慢滴加烯 丙醇聚氧乙烯醚、丙烯酸和马来酸酐混合单体溶液和引发 剂过硫酸铵溶液，3h 滴加完毕，再保持恒温反应 1h。反 应结束后，加入氢氧化钠溶液，调节 PH 至中性，得到淡 黄色的高分子共聚物溶液，即聚羧酸高效减水剂。 2 聚羧酸减水剂的性能测试方法 2.1 水泥净浆流动度测试 采用海螺 PO42.5 水泥，按照混凝土外加剂匀质 性试验方法 （GB/T80772000）要求测定水泥净浆流动 度，减水剂掺量按有效固体成分占水泥用量的百分数计， W/C 0.29。 2.2 混凝土性能测试 采用海螺 PO42.5 水泥，水泥（C） ： 沙（S） ： 石（G） 1： 2.08： 3.41， 水泥用量 340 kg/m3， 按照混凝土外加剂 （GB/80762008） 、普通混凝土拌和物性能试验方法标准 （GB/T500802002）要求来测试混凝土减水率、含气量、 凝结时间、抗压强度等性能。 3 结果与讨论 3.1 水泥净浆流动度 测定自制聚羧酸（简称 PC） 、萘系（简称 FDN）两 种减水剂在 120min 内的水泥净浆流动度，比较两者的保 持分散性能力，结果见图 3.1。从图 3.1 可以看出，FDN 在掺量为 0.6时，初始净浆流动度为 250mm，但随着时 间的增加，流动度下降明显，120min 后基本没有流动度； 自制 PC 在掺量为 0.18% 时，初始水泥净浆流动度高达 290mm，在 120min 内流动度损失较少。结果说明，自制 PC 保持分散性能力明显优于 FDN。 0 50 100 150 200 250 300 350 0306090120 时间/min 水泥净浆流动度/mm FDN 自制PC 图 3.1 不同减水剂对水泥净浆流动度的影响 注：自制 PC 掺量为 0.18，FDN 掺量为 0.6 3.2 自制 PC 的水泥适应性测试 选择了 5 种不同品牌的 PO42.5 普通水泥，以水泥 净浆流动度及其经时变化作为衡量减水剂对水泥的适应性 的指标，其结果见表 3.2。 表 3.2 减水剂对不同水泥净浆流动度的影响 编 号 水泥型号 水泥净浆流动度 0min 60min 120min备注 1海螺 PO 42.5290270260 W/C=0.29 掺量为 0.18% 2万年青 PO 42.5290285270 3建福 PO 42.5285285275 4台泥 PO 42.5285280265 5三德 PO 42.5280270260 62 建筑建材装饰2013年第8期 施工技术 从表 3.2 可以看出，掺入 PC 减水剂后的各种水泥净 浆流动度相差不大，均有较大的初始流动性和较小的流动 度损失，表明自制 PC 对不同品牌水泥具有良好的适应性。 3.3 减水率 减水率是减水剂最基本的性能评价指标。试验测试了 FDN 和自制 PC 在不同掺量下的减水率，结果见表 3.3。 表 3.3 不同减水剂的减水率 减水剂掺量（%）减水率（%） 自制 PC 0.1820 0.2225 0.2531 FDN0.721 从表 3.3 可以看出，随着掺量的增大，PC 的减水率 也增大。自制 PC 的减水效果较强，其在较低掺量下具有 的减水效果和较高掺量下的 FDN 具有的减水效果相当。 在掺量为 0.25时，减水率可高达 31。这种高减水率 是聚羧酸减水剂的静电斥力与水泥的吸附形态、空间位阻 效应、活性分子降解、水化膜润滑和引气隔离“滚”珠等 多种作用相互叠加的结果。 3.4 含气量 在试验过程中和表 3.4 中可以看出，掺有自制 PC 的 混凝土拌和物和易性较好，自制 PC 对混凝土拌和物的引 气效果优于 FDN。随着掺量增大，拌和物含气量也增大。 自制 PC 引气量较 FDN 大的原因经分析是减水剂的分子量 过小或者是含有较多未反应的大分子单体，因此还需要调 整聚合工艺，使反应更充分，分子量分布更均匀，以减少 减水剂中小分子产物的量值，降低引气效果。 表 3.4 不同减水剂对混凝土含气量的影响 减水剂 用水量含气量（） 型号掺量（） 空白02071.2 自制 PC 0.181632.3 0.221532.7 0.251393.0 FDN0.71671.8 3.5 凝结时间 从表 3.5 可以看出，减水剂的掺入对混凝土拌和物的 凝结时间有所改变。掺自制 PC 和 FDN 的混凝土拌和物的 初凝时间和终凝时间都有一定的延长，都具有一定的缓凝 作用。随着掺量的增加，凝结时间也随之增加。 表 3.5 不同减水剂对混凝土凝结时间的影响 减水剂 用水量 凝结时间（min） 型号掺量（）初凝终凝 空白0207260340 自制 PC 00.22153390470 0.25139440500 FDN0.7167320425 3.6 抗压强度 试验对 FDN、自制 PC 两种减水剂进行抗压强度性能测 定，比较自制 PC 同 FDN 减水剂的增强效果，结果见表 3.6。 表 3.6 不同减水剂对混凝土抗压强度的影响 减水剂 用水量 坍落度 （mm） 抗压强度 （MPa） / 抗压强度比 （%） 型号掺量（%）3d7d28d 空白0207 90 17.6/10022.1/10030.5/100 自制 PC 0.18163 95 21.9/12430.3/13741.7/136 0.22153 95 23.7/13532.1/14544.8/147 0.25139 100 26.5/15035.6/16147.9/157 FDN0.7167 90 21.3/12128.2/12839.5/130 从表 3.6 可以看出，自制 PC 的增强效果优于 FDN， 随着掺量的增加，增强效果越明显。与空白样相比，当自 制 PC 掺量为 0.25% 时，3d 强度提高 50%，7d 强度提高 61%，28d 强度提高 57%。 4 结论 以烯丙醇聚氧乙烯醚、马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯 磺酸钠为主要原料，过硫酸铵为引发剂聚合而成的聚羧酸 系高效减水剂具有掺量低、减水率高、流动度损失少、增 强效果明显等优点，能显著改善混凝土的和易性，降低了 单方混凝土成本，具有较好的应用前景。 参考文献： 1 P.C.Aitcin.Cement of yesterday and concrete of tomorrowJ.Cement and Concrete Research， 2000（30） ： 13491359 2K.C.Hover.Concrete mixture proportioning with water- reducing admixtures to enhance durability ： A Quantitative ModelJ.Cement and Concrete Composites，1998（20） ： 113119 3A.Baskoca，M.H.Ozkull，S.Artirma.Effect of chemical admixtures on qorkability and strength properties of prolonged agitated concreteJ.Cement and Concrete Research，1998，28 （5） ： 737747 4 李祟智，等 . 聚羧酸系高性能减水剂的合成与性能 J. 化