一种聚羧酸高性能保坍剂的研制及应用

周红，廖声金，王伟，胡铁刚，彭厦

（长沙加美乐素化工有限公司，长沙 410000）

0 引言

绿色混凝土是现代高性能混凝土研究与应用非常关注的一个发展趋势[1]。混凝土中掺有较多的粉煤灰、矿粉渣、石灰石粉、沸石粉和偏高岭土等数种矿物超细粉，而矿物超细粉往往含有较多的活性硅铝酸盐，其内部孔隙率大，吸附性强，常导致混凝土离析泌水或流动性损失过快等问题。

目前，用来降低坍落度损失的方法主要有：（1）滞水掺法及后掺法；（2）掺外加剂法；（3）造粒法。其中，第1 种方法操作简单，在混凝土中应用较广泛。但是这种方法的作用有一定的限度，使用上有一定的局限性；第 3 种方法是将减水剂及其载体造成不同粒径、不同溶解速率的颗粒状物，掺到新拌混凝土中，形成不同的溶解梯度，使体系中的减水剂始终维持在临界胶束或准临界胶束状态，最终使坍落度不损失或损失很小，但其中对粒径及溶解速率的控制，需要非常精密的设备，因而设备成本十分昂贵；第 2 种方法尤其是掺加反应型外加剂目前在国外应用非常普遍，并取得了良好的效果，在国内也受到了外加剂行业人士的高度关注，正处于推广应用的关键时期，掺加反应型外加剂将成为今后的发展趋势。

控制坍落度损失的外加剂中，聚羧酸类作为第三代外加剂具有广阔的发展前景，与传统外加剂相比，聚羧酸类外加剂分散性更好，对环境友好，分子结构可设计性强，坍落度保持能力也有显著的提高，因而成为各国研究的热点[2-4]。

本文以高分子材料分子设计原理为指导，以绿色化学为基础[5]，研究合成了一种聚羧酸高性能保坍剂（Le-su 913），采用异戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸和丙烯酸羟乙酯的混合单体进行自由基聚合，所得的醚类聚合物具有很好的坍落度保持性能，能够较好地解决目前混凝土坍落度损失大的工作性问题。

1 实验

1.1 主要实验原材料与仪器

实验原材料及仪器见表 1～表 3。

表1 制备聚羧酸保坍剂主要实验原材料

表2 混凝土性能测试用主要原材料

表3 主要仪器设备

1.2 聚羧酸高性能保坍剂（Le-su 913）的制备

聚羧酸高性能保坍剂 (Le-su 913) 的制备分两步完成：

（1）在带有增力电动搅拌器的三口瓶中加入一定配比的TPEG 和去离子水，将三口瓶置于数显恒温水箱里，设定温度为 (58±1)℃，在一定的转速下，使 TPEG 充分溶解，待温度稳定在 58℃ 时加入现配的一定比例的 DE 溶液，均匀搅拌2～3min，设定温度为 (60±1)℃。

（2）现配一定比例的 DD、链转移剂混合溶液 A，及AA、HEA 混合溶液 B，用恒流泵采取双滴加的方式滴入三口瓶中，滴加时长为 2.0h，保温 1h，最后在溶液温度为50～54℃ 时加入液碱调节 pH 值至 6.8，得到浅黄色透明液体，即得固含量为 40% 的聚羧酸高性能保坍剂 (Le-su 913)。其合成工艺流程图见图 1。

图1 聚羧酸高性能保坍剂的合成工艺流程

2 性能测试及表征

（1）水泥净浆流动度、砂浆减水率试验参照 GB/T8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，及 GB 8076—2008《混凝土外加剂》，进行测试。水灰比为 0.29，减水剂掺量为 0.9%，净浆试验均采用中材 P·O42.5水泥；

（2）混凝土坍落度损失及其保持性参照 JC473—2001《混凝土泵送剂》进行测试，其中水泥采用中材 P·O42.5 水泥；

（3）不同龄期混凝土抗压强度参照 GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行测试，其中水泥采用中材 P·O42.5 水泥；

（4）不同水泥对保坍剂的适应性参照 JC473—2001《混凝土泵送剂》进行测试。

3 结果与讨论

3.1 Kami 916 水泥净浆流动度

参照 GB/T8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中的水泥净浆流动度测试方法，取流淌部分相互垂直的两个方向的最大直径，作为样品的水泥净浆流动度。检测室温为20℃，结果见表 4。

表4 Kami 916 净浆流动度试验结果

从表 4 可以看出，对于不同的掺量情况下，1 小时后的水泥净浆流动度较初始流动度都增大，说明保坍剂具有很好的缓释效果。

3.2 减水率测试

考察了聚羧酸保坍剂 Le-su913、标准型聚羧酸减水剂Kami313 以及聚羧酸减水剂和聚羧酸保坍剂混合物的减水性能，结果见表 5。

表5 减水率测试结果

由此可见，Le-su 913 具有一定的减水效果，它与 Kami 313 复配以后，具有协同效应，大大提高了复合减水剂的减水作用，使高性能减水剂的减水率达到 28%。

3.3 坍落度损失及强度实验结果

考察了聚羧酸高性能保坍剂对混凝土工作性能的影响，所用混凝土配合比见表 6，性能测试结果见表 7。

表6 混凝土配合比 kg/m3

表7 Le-su 913 对混凝土性能的影响

由表 7 可以看出，未复配保坍剂的减水剂减水效果较好，但坍落度损失较大；该聚羧酸高性能保坍剂复配聚羧酸高性能减水剂后对砂石的粘聚性好，混凝土不出现泌水和离析现象，且具有优异的保坍性，抗压强度也满足需求；它的保坍性能及强度都优于市面的同类型保坍剂。

3.4 聚羧酸高性能保坍剂与水泥的适应性

采用 4 种不同水泥，考察了聚羧酸高性能保坍剂与不同水泥的适应性。混凝土配比为表 6 所示，外加剂配比为 80%Kami 313＋20% Le-su 913，掺量为 1.8%

由表 8 可见，对于不同的水泥，聚羧酸高性能保坍剂都能表现出良好的保坍性能，3 小时后的坍落度损失小。该保坍剂与不同水泥的适应性良好。

表8 Le-su 913 的水泥适应性

4 结论

（1）采用异戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸和丙烯酸羟乙酯的混合单体进行自由基聚合，所得的聚羧酸高性能保坍剂具有一定的减水效果，它与聚羧酸高性能减水剂复合使用时可明显提高减水率，且保坍性能优异。

（2）该保坍剂具有优越的保坍性能，与其他聚羧酸减水剂复配使用，能使混凝土的坍落度保持性能得到极大提高，混凝土 1 小时几乎无坍落度损失，3 小时后仍具有较好的保坍性能，成功解决了混凝土坍损大的问题。

（3）该保坍剂对不同水泥具有良好的适应性。

[1]PLANK J,HIRSCHCH. Impact of Zeta potential of early cement hydration phases on superplasticizer adsorption [J].Cement and Concrete Research,2007,37(4): 537-542.

[2]田培，姚燕，王玲，等．2002-2003 年中国混凝土外加剂现状及发展趋势[J]．国外建材科技，2004,25(4): 92-94．

[3]郑国锋，刘永生，鲁统卫．聚羧酸高效减水剂保坍能力的初步探讨[J]．化学建材，2007,23(1): 50-51．

[4]曾文．掺减水剂泵送混凝土坍落度损失问题的研究[D]．西安：西安冶金建筑学院，1990．

[5]蔡高．高性能外加剂特殊化学结构与作用机理[J]．混凝土，2005(4): 3-6．