非泥土敏感型聚羧酸减水剂的合成及分散性能研究

姚晓鹏　 杨晓峰　 苏荣　 刘昭洋　 李茜茜

摘 要：为解决在实际工程应用中，混凝土骨料中的粘土吸附聚羧酸减水剂从而导致混凝土工作性能变差的问题。以烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、醋酸乙烯酯、2丙烯酰胺2甲基丙磺酸、苯乙烯为原料按照一定摩尔比合成非泥土敏感型聚羧酸减水剂；并通过实验得到较优的单体配比为nAPEG∶nMAA∶nHEA∶nAMPS∶nSt=1∶2.5∶1∶0.5∶ 0.2，与掺加普通聚羧酸减水剂的混凝土相比，含泥量8%时，掺加该减水剂的混凝土扩展度0 h和1 h 分别提高了10.2%、12.9%，3d、7d及28 d 抗压强度分别提高了15.2%、14.5%和10.8%。

关键词：泥土非敏感；聚羧酸减水剂；水泥分散；抗压强度

The Synthesis and Dispersing Performance of Clayresistant

Polycarboxylate Superplasticizer

Yao Xiaopeng Yang Xiaofeng Su Rong Liu Zhaoyang Li Xixi

Shijiazhuang Changanyucai Building Materials Co. Ltd Shijiazhuang He Bei 050000

Abstract：To solve the solution of the absorb of the polycarboxylate superplasticizer （PCE） by clay which leading to bad workability， the clayresistant PCE was fabricated with acrylic polyoxyethylene glycols， methacrylic acid， vinyl acetate， 2acrylamide2methyl prosulfonic acid， and styrene. The results reveal that， the optimum percentage of the PCE is nAPEG∶nMAA∶nHEA∶nAMPS∶nSt=1∶2.5∶1∶0.5∶ 0.2. Furthermore， compared with the conditional PCE，the minislump extension of the initial time and 1 hour with clayresistant PCE is 10.2% and 12.9%， and the compressive strength of 3 days， 7 days and 28 days improve15.2%、14.5% and 10.8%， respectively.

Keywords： clayresistant；polycarboxylate superplasticizer；dispersion；compressive strength

近年來，由于聚羧酸系减水剂（PCE）掺量低、抗压强度高，可设计性强，成为减水剂的未来发展方向[1]。然而，随着国内建设规模的不断扩大，天然砂石骨料资源日益紧缺，质量稳定、含泥量低、颗粒级配合理的砂石骨料越来越少。然而，大量的工程实例及实验研究表明，与萘系及氨基磺酸系等减水剂相比，PCE对骨料的含泥量更为敏感，导致减水分散性能差、经时损失快、抗压强度低[2]。然而，在含泥量高的情况下，提高PCE的掺量易产生泌水、离析分层等问题，因此亟需研制出一种能够降低泥土敏感度的PCE，并对PCE的广泛推广与应用起到重要的推动作用。

针对骨料砂石含泥量高的问题，越来越多国内外学者专家对泥土对PCE的吸附机理及降低泥土敏感型的PCE进行了研究，Plank[3]等认为PCE的侧链进入到了粘土矿物的层间，并通过氢键作用吸附在粘土矿物的层间。陈国新[4]等通过合成季铵盐低聚物，并将其与异戊烯醇聚氧乙烯醚、羧酸衍生物及氨基三亚甲基膦酸等聚合制得一种抗泥型聚羧酸减水剂，实验表明，随含泥量的提高，与普通PCE相比，该减水剂分散性能好、适应性更强。本课题组刘昭阳[5]等，通过正交实验设计以磷酸钠、葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠、苯扎氯铵、羟基乙叉二膦酸为原料研制了一种泥土吸附剂，有效降低了泥土对PCE的副作用。

本文通过采用新型引发体系，使用疏水性更强的甲基丙烯酸、2丙烯酰胺2甲基丙磺酸、及丙烯酸羟乙酯与大单体进行共聚，并通过接枝苯乙烯，改变了聚羧酸主链的刚性程度，有效改善了在含泥量较高的情况下减水剂的分散性。从而使混凝土的性能得到明显改善，解决了PCE在含泥量高的混凝土中适应性差的问题。

1 实验

1.1 合成

将苯乙烯（St）、2丙烯酰胺2甲基丙磺酸（AMPS）、烯丙基聚氧乙烯醚（APEG），选用甲苯作为溶剂，偶氮二异丁氰（AIBN）为引发剂。升温到反应温度50℃，将甲基丙烯酸（MAA）、丙烯酸羟乙酯（HEA）、甲基丙烯磺酸钠（SMAS）搅拌均匀后，滴加3小时，反应结束后，通过旋转蒸发去除甲苯，加水制得样品。

1.2 性能检测

依照标准《混凝土外加剂》（GB/T 80762008）、《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 500802002）对所制得的非泥土敏感型PCE进行混凝土检测，配合比见表1，并用不同含量粘土（0%、5%、8%）替代胶凝材料进行混凝土试验。

2 结果与讨论

2.1 各功能单体对减水剂分散性能的影响

通过考察各功能单体与大单体不同摩尔比在不同含泥量下对水泥分散性能的影响确定最优单体合成比例，其中，采用基准水泥，折固掺量0.36%，不同含泥量下水泥净浆流动度随各功能单体用量的变化曲线见图1～4。

由图1、图2可见，随着MAA和AMPS用量的增加，净浆流动度均呈现先增大后减小的趋势，这是由于羧基、磺酸基密度对减水剂的分散性能有较大影响，电荷密度增大，静电斥力增强，有利于减水剂分散性能的提高，然而随着电荷密度继续增大，长侧链密度变小，使其不能有效发挥空间位阻作用，分散性能受到影响。综合考虑，选用MAA：APEG摩尔比2.5， AMPS：APEG摩尔比0.5。

由图3可见，在不含泥的条件下，HEA的用量增加到一定量时，净浆流动度减小，1h流动度先增大后减小，但在具有较高含泥量的水泥净浆中，初始和1h流动度均先增加后减小，随着HEA的增加，经时损失减小。这是由于酯类基团在水泥的碱性条件下水解产生羧酸基团，缓解了由泥土吸附所引起经时损失快的问题。综合考虑，选用HEA：APEG摩尔比1.0。

图4可见，由于St不带电荷，添加到用量时，主链电荷密度降低，流动度减小，但随含泥量的提高，流动度先增加后减小，这是由于苯环增加了主链的刚性程度，有效改善了在含泥量较高的情况下减水剂的分散性。综合考虑，选用St与APEG摩尔比0.2。因此，最优单体配比为nAPEG∶nMAA∶nHEA∶nAMPS∶nSt=1∶2.5∶1∶0.5∶ 0.2。

2.2 非泥土敏感型PCE的性能研究

本文对优化后的最佳配方PC1与普通聚羧酸减水剂PC2进行混凝土试验对其流动度和抗压强度评价，试验结果见表2。

由表2可見，含泥量对其初始及1小时后流动度的影响明显小于普通PCE，表明该减水剂对泥土的敏感性较低。除此之外，随含泥量的增加，强度均逐渐降低，相较于普通PCE，掺加非泥土敏感型PCE混凝土的抗压强度明显较高。因此，通过引入苯环改变主链刚性，引入具有减水和保坍功能的疏水性短侧链，可明显改善含泥量高骨料配置混凝土的流动性、保坍性和强度等，这是单通过增加PCE掺量所无法达到的。

3 结论

（1）本文制备了一种非泥土敏感聚羧酸减水剂，通过在不同含泥量下研究各功能单体对减水剂分散性能的影响，确定最优配方为大单体：甲基丙烯酸：丙烯酸羟乙酯：2丙烯酰胺2甲基丙磺酸：苯乙烯为1：2.5：1：0.5：0.2。

（2）与掺加普通聚羧酸减水剂的混凝土相比，含泥量8%时，使用非泥土敏感型聚羧酸减水剂的扩展度0 h和1 h 分别提高了10.2%、12.9%，混凝土坍落度0 h和1 h及28 d 抗压强度分别提高了15.2%、14.5%和10.8%。

参考文献：

[1]王子明.聚羧酸系高性能减水剂——制备、性能与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2]王林.粘土矿物对聚羧酸减水剂性能的影响及机理研究[D].中国矿业大学，2014.

[3]L.lei，L.Plank. A study on the impact of different clay minerals on the dispersing force of conventional and modified vinyl ether based polycarboxylate superplasticizers[J].Cement and Concrete Research，2014，60：110.

[4]陈国新，祝烨然，沈燕平，徐唯唯，杨日.抗泥型聚羧酸系减水剂的合成及性能研究[J].混凝土，2014，4：8789.

[5]万甜明，王进春，刘昭洋，叶子，汪咏梅，倪涛.与聚羧酸减水剂复配的抗泥土副作用的复合泥土吸附剂研究[J].新型建筑材料，2014，10：3438.