聚羧酸减水剂的合成与性能研究

蒋毅

摘 要：聚羧酸减水剂是一种可以设计改良的减水剂类型，通过选用不同类型的聚合单体、功能基团，能够实现对共聚物分子结构的优化和改良，从而合成出某方面性能更加优异的聚羧酸减水剂类型。文章主要以试验研究的方式，探讨早强型聚羧酸减水剂的合成方法，并对其合成性质做具体的分析，希望能够对早强型聚羧酸减水剂的合成提供帮助。

关键词：聚羧酸减水剂;合成;性能研究

聚羧酸系高性能减水剂本身具有绿色环保，掺量低、减水率高、保坍性能好等优点，因而被广泛应用于各类建设工程，但随着对聚羧酸减水系列产品的不断推广使用，混凝土技术也在不断进步，发现聚羧酸高性能减水剂在特殊环境下，存在一定缺陷，比如早期强度上升较慢，直接影响混凝土模具拆除，限制了聚羧酸减水剂在某些建筑工程中的应用。因此，研究预制构件混凝土，能提高早期强度，缩短混凝土模板使用周期的早强聚羧酸减水剂具有十分重大的意义。

目前，最常制备早强聚羧酸减水剂有两种方法：一种是复配有机盐、无机盐和醇胺类，但复配型早强聚羧酸减水剂具有掺量大，和易性差等问题;另一种是进行分子结构设计，引入具有早强结构的的小单体磺酸基团、酰胺基团等。而本文针对传统减水剂分子结构进行突破式创新，引入一种自制超早强功能单体酯，制备出一种早强聚羧酸减水剂。

1 实验

1.1 实验主要原料与仪器

异戊烯基聚氧乙烯醚（相对分子质量为2400），绍兴市宇州化工有限公司;丙烯酸，分析纯，成都市科隆试剂厂;早强功能小单体（B），化学纯，江阴创林化工有限公司;双氧水，分析纯，广州银河工贸公司;巯基乙酸，氢氧化钠，分析纯，福建滨海化学有限公司。

1.2 减水剂的合成工艺

将一定量的聚醚大单体与去离子水投入带有温度计、滴加装置及搅拌器的四口烧瓶内，开启搅拌器，同时升温至预定温度，搅拌均匀后加入双氧水，10min后分别滴加由丙烯酸、AM、去离子水组成的A料及由巯基丙酸、L-抗坏血酸、去离子水组成的B料。滴加过程均匀进行，且B料比A料多滴加30min，待B料滴加完毕后，继续保温反应1h，待温度降至室温，并通过去离子水稀释得到固含量为40%的聚羧酸减水剂。

1.3 检测方法

按照GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》测减水剂的含固量、密度。考察温度对掺不同外加剂的影响时，砂浆力学性能测试所采用的配合比为水泥∶砂∶水=450∶1350∶168.5，而混凝土早期强度试验所用的配合比为水泥∶水∶砂∶石∶矿粉：粉煤灰=312∶166∶730∶1030∶49∶49。按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测混凝土的坍落度和抗压强度。

1.4 试验原材料

水泥：采用福建永定闽福建材有限公司生产的闽福牌P.O42.5R水泥;粉煤灰：选用漳州后石电厂Ⅱ级粉煤灰;矿渣粉：选用福建本地S95级矿渣粉;砂：选用漳州地区的天然中粗河砂，细度模数2.7～2.9，含泥量小于2.0%;碎石：选用龙海的花岗岩碎石，5～25mm连续粒级，针片状含量不大于12%，含泥量不大于1.0%;减水剂：自制早强型聚羧酸减水剂Z-11（含固量为40%），市售普通聚羧酸减水剂LQ-100（含固量为40%），某国外品牌早强型聚羧酸减水剂PAC-11（含固量为45%）。外加剂掺量以有效固体份计量。

2 结果与讨论

2.1 酸醚比对早强型PCE分散性的影响

在聚羧酸减水剂与水泥相互作用的过程中，COO-与水泥中Ca2+相互结合，起到锚固定作用，使其吸附在水泥颗粒表面，所以酸醚比对PCE的分散性能有一定的影响。固定聚醚单体OXST-804、新型链转移剂及引发剂用量，考察酸醚比对对减水剂分散性的影响，结果见表1。

由表1可见：

2.1.1 对于净浆流动度，随着酸醚比的增大，初始流动度呈先增大后减小的趋势。当酸醚比为6.5时，初始流动度最大。这主要是由于主链聚合度一定时，随着酸醚比增大，羧基量逐渐增大，吸附在水泥颗粒表面的数量也随之增大，因此初始流动度增大。但当达到一定值时，PCE在水泥颗粒表面的吸附趋于饱和，再增加羧基也无法增加PCE在水泥颗粒表面的吸附量，因此初始流动度不再随酸醚比的增大而增大。另外，初始分散性的提高使水泥颗粒与水接触面增多，促进水泥水化，水化产物会覆盖已吸附的PCE生成物上，导致已吸附的PCE失效，而由于初始吸附量增多，残留在液相中的聚合物分子减不，不能有效地进行持续吸附，导致分散保持性降低。

2.1.2 对于混凝土流动性，随着酸醚比的增大，混凝土扩展度和坍落度均呈先增大后减小的趋势，与净浆试验趋势一致，且同样是当酸醚比为6.5时，扩展度和坍落度达到最大。说明当酸醚比为6.5时，该早强型PCE具有最佳的分散性。

2.2 不同室温下TIPA和DEIPA对减水剂早强性能的影响

表2为不同室温下TIPA、DEIPA对减水剂早强性能的影响。由表可知，当室温为18℃时，加入早强组分TIPA和DEIPA后胶砂1d强度值比空白高1MPa左右，早强效果不明显。当室温为5℃时，TIPA与空白的1d胶砂强度值相当，没有提高水泥的1d强度，而加入DEIPA后，水泥胶砂的1d强度值比空白大2MPa，增强效果比较明显。由此可知加入DEIPA能有效提高水泥的早期強度。

3 结语

3.1 通过分子设计以及合成设计，以聚乙二醇单甲醚衣康酸酯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、N-[4-（磺酰胺）苯基]丙烯酰胺为聚合单体，采用大单体直接共聚法，合成了一种早强型聚羧酸系高分子减水剂。

3.2 通过对单体摩尔分数的优选、引发剂用量的考察、反应温度等条件的优化，探索出在80℃条件下，聚乙二醇单甲醚衣康酸酯、聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯、N-[4-（磺酰胺）苯基]丙烯酰胺的摩尔摩尔分数分别为35%，35%，30%，引发剂用量为3%（占单体总量），反应时间5h时合成产品的综合性能最好。

3.3 减水率和抗压强度性能的测试实验结果表明，与传统的聚羧酸系高分子减水剂相比，所设计合成的早强型聚羧酸系高分子减水剂具有更好的减水性能，并且能有效提高早期抗压强度。

参考文献：

[1]薛军鹏.多元复配早强型聚羧酸减水剂的性能研究[J].新型建筑材料，2016，43（9）：77-79.

[2]刘进强，王子明.聚羧酸系减水剂与早强组分的复合性能研究[J].混凝土，2008（7）：58-59.

[3]王栋民，刘治华.聚羧酸分子结构的优化对浆体分散性和砂浆强度的影响[J].混凝土，2012（8）：55-57.