摘 要： 本文介紹了一種聚羧酸系高性能減水劑的合成工藝，并進行了水泥混凝土性能試驗。試驗結(jié)果表明：此工藝合成的減水劑質(zhì)量穩(wěn)定，堿含量低，幾乎無氯離子，具有高減水率，折干摻量0.20%減水率可達30%。工藝操作簡單，尤其適宜于工業(yè)化大生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：聚羧酸系高性能減水劑 混凝土 減水率

前言

近年來，我國的基礎(chǔ)建設(shè)如高鐵、公路、機場、大壩、市政工程等一直保持高速增長，同時也推動了混凝土外加劑技術(shù)的飛速發(fā)展。混凝土外加劑的發(fā)展大致可分以下幾個階段：第一階段是起步階段，以普通減水劑木質(zhì)素為代表;第二階段以萘系高效減水劑為代表的發(fā)展階段，涌現(xiàn)了三聚氰胺、氨基磺酸鹽系、脂肪族減水劑等多種減水劑;第三階段即現(xiàn)階段，是混凝土外加劑走向高科技領(lǐng)域的階段，以聚羧酸系高性能減水劑為主要代表。自20世紀(jì)80年代后期，歐美等國家開始對聚羧酸系減水劑進行研究開發(fā)，并于90年代中期開始推廣應(yīng)用，其中日本推廣比較成功。與傳統(tǒng)的減水劑相比它具有摻量少、減水率高、堿含量低、強度增加大、塌落度損失小、環(huán)境友好等特點。同時，萘資源的緊缺 、工業(yè)萘價格的不斷上漲、萘系減水劑生產(chǎn)周期較長、環(huán)境污染等問題日益突出，也使聚羧酸系減水劑的應(yīng)用勢在必行。它必將代替萘系減水劑，成為主流產(chǎn)品。本文介紹的聚羧酸系減水劑生產(chǎn)工藝過程簡單，所有原料基本全部轉(zhuǎn)化為減水劑，不需要分離提純，無三廢排放，所合成的減水劑質(zhì)量穩(wěn)定，非常適合工業(yè)化生產(chǎn)。

1聚羧酸系減水劑的作用機理

混凝土中摻入減水劑后，可在保持流動性的條件下顯著地降低水灰比。減水劑產(chǎn)生減水的效果主要是由于混凝土對減水劑的吸附和分散作用。而減水劑實際上就是一種使水泥粒子高度分散并使分散體系穩(wěn)定的表面活性劑，分散效果越好，體系越穩(wěn)定，減水效果越好，其混凝土的性能就越好。而水泥粒子的分散穩(wěn)定性又取決于吸附表面的活性劑的靜電斥力和立體穩(wěn)定效應(yīng)。據(jù)DLVO理論，水泥在水溶液中醚鍵的氧與水分子反應(yīng)形成強力的氫鍵，并形成親水保護膜，據(jù)分析立體保護膜提供了分散穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)的減水劑在被水泥顆粒表面吸附后呈剛性鏈平臥吸附狀態(tài)，立體穩(wěn)定效應(yīng)沒有發(fā)揮出來。而聚羧酸系減水劑一方面由于-COOH、—SO3負(fù)離子提供靜電斥力，另一方面聚羧酸系減水劑分子結(jié)構(gòu)中醚鍵與水分子形成氫鍵，從而形成親水性立體保護膜，該保護膜既有分散性又提供了水泥粒子的分散穩(wěn)定性，因此聚羧酸系減水劑在低水灰比條件下能夠更好的保持混凝土的工作性能及坍落度 。

2試驗

2.1合成原料：聚乙二醇(分子量1000)、引發(fā)劑、阻聚劑、甲基丙烯酸、丙烯酸羥丙酯、催化劑、自制A料和B料。

2.2儀器設(shè)備：電子稱、分析天平、電熱套、磁力攪拌器、溫度管、燒杯、恒溫水浴鍋、水泥凈漿攪拌機、60L單臥軸式強制攪拌機等。

2.3試驗原料：鼎鑫普通硅酸鹽水泥、曲寨普通硅酸鹽水泥、正定河砂、鹿泉人工碎石

2.4合成步驟

(1) 大單體的合成：稱取定量的溶融的聚乙二醇、催化劑和阻聚劑在100℃～120℃下進行酯化反應(yīng)，時間約2個小時，測定酯化率合格后，反應(yīng)結(jié)束。

(2) 減水劑的合成：將定量的大單體和甲基丙烯酸、丙烯酸羥丙酯等按比例混合，加入助劑A料和B料在水溶液中聚合，時間約為5小時，然后用濃度為32%的液堿中和至 pH值6-7即得。

2.5水泥凈漿流動度試驗

試驗參照GB8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性實驗方法》進行，稱取水泥300g，水87g，外加劑摻量為0.20%時測定摻不同羧酸減水劑的水泥凈漿流動度，并以此作為表征其性能的參數(shù)。

2.6混凝土減水率試驗

減水率測試按國家標(biāo)準(zhǔn)GB8076-2008《混凝土外加劑》測試坍落度損失。

2.7 凝結(jié)時間的測定

參照GB/T1346-2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢測方法》測定水泥凈漿凝結(jié)時間。

3結(jié)果與討論

3.1減水劑的勻質(zhì)性指標(biāo)

按照國標(biāo)GB8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性實驗方法》檢測所合成的減水劑勻質(zhì)性項目指標(biāo).見表1.

表1 聚羧酸系減水劑勻質(zhì)性指標(biāo)

顏色       固含量%       pH值      堿含量%     氯離子%

微黃色       20.5          6-7        1.4       <0.01

由勻質(zhì)性指標(biāo)可知，所合成的減水劑氯離子幾乎沒有，堿含量也比較低，完全符合混凝土配制的要求。

3.2水泥凈漿流動度試驗

分別用鼎新水泥P.042.5和曲寨水泥P.042.5兩種不同品牌的水泥，用本試驗羧酸(代號為A)和某品牌羧酸減水劑在三個不同摻量(摻量以固體計)下進行對比試驗。見表2

表2水泥凈漿流動度試驗情況

摻量%	鼎鑫水泥P.042.5		曲寨水泥P.042.5
	A羧酸	某羧酸	A羧酸	某羧酸
0.12	220	215	210	200
0.16	260	256	253	250
0.20	295	285	290	280

從上表可以看出，A 羧酸系減水劑對不同品牌的水泥適應(yīng)性較好，在摻量允許范圍內(nèi)隨著摻量增加，凈漿流動度逐漸增大，且狀態(tài)良好。與同類羧酸減水劑相比性能也具有一定的優(yōu)越性。但從經(jīng)濟角度講，推薦摻量為0.20%。

3.3不同摻量的減水率試驗情況

本實驗采用鼎新水泥P.042.5和基準(zhǔn)水泥P.042.5 兩種水泥分別進行測試，且分別采用0.12%、0.16%、0.20%三個不同的摻量予以確定。 結(jié)果見表3。

表3 A羧酸減水劑減水率情況表

摻量（以固體計）%	0.12            0.16            0.20
鼎鑫水泥P.042.5減水率%	25.4            27.8            30.5
基準(zhǔn)水泥P.042.5減水率%	25.0            27.5            29.8

從上表可以看出A羧酸減水劑的減水率隨著摻量的增加明顯的增大，而且其在摻量較低時仍具有很高的減水率。

3.4混凝土性能試驗情況

本實驗采用鼎新水泥P.042.5 為試驗水泥，比較本試驗羧酸(代號A)和某品牌羧酸在相同摻量0.20%下的混凝土性能。詳見表4

表4不同羧酸的混凝土性能試驗表

名   稱	A  羧 酸				某 品 牌  羧 酸
減水率%	30.2				29.5
含氣量%	4.2				4.8
泌水率%	40				42
凝結(jié)時間 之差min	初 凝		終 凝		初 凝		終 凝
	+60		+55		+65		+60
抗壓強度比%	1d	3d	7d	28d	1d	3d	7d	28d
	180	172	158	150	178	170	155	148

從上表可以看出，A羧酸減水劑所表現(xiàn)出的性能指標(biāo)均符合GB8076-2008標(biāo)準(zhǔn)要求，且在同摻量下性能指標(biāo)優(yōu)于某品牌羧酸產(chǎn)品，所表現(xiàn)出的高減水率和增強性有利于配制高標(biāo)號或大坍落度要求的混凝土。

4結(jié)論：

(1) 用聚乙二醇、催化劑和阻聚劑、甲基丙烯酸、丙烯酸羥丙酯等原料兩步合成出性能優(yōu)異、質(zhì)量穩(wěn)定的聚羧酸系高性能減水劑。

(2) 本工藝生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑堿含量小于1.5%，且基本不含氯離子，無毒，對環(huán)境無污染，屬綠色環(huán)保產(chǎn)品。

(3) 本工藝生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑具有較高的減水率，適于配制商品混凝土、泵送混凝土、高強高性能混凝土等。

參考文獻

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