低成本高保坍型聚羧酸减水剂的制备及性能研究

邓 磊 蒋泽炼 沈建荣 陈孟东 谢大银（贵州科之杰新材料有限公司，贵州 龙里 551206）

低成本高保坍型聚羧酸减水剂的制备及性能研究

邓 磊 蒋泽炼 沈建荣 陈孟东 谢大银（贵州科之杰新材料有限公司，贵州 龙里 551206）

本文采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)及蔗糖为原料，在引发剂作用下，以较低温度(40-45℃)与丙烯酸(AA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)合成一种低成本高保坍型聚羧酸减水剂。研究发现蔗糖取代7%的聚醚参与反应时所得到的减水剂性能最好。并对该合成样品进行了多种检测实验和FT-IR、GPC等结构表征。该合成样品具有成本低、保坍性及缓凝效果好等优点。

聚羧酸减水剂；蔗糖；红外光谱

新型聚羧酸减水剂在我国的应用越来越广泛，但诸多问题随之而来，其中最普遍最主要的难题之一就是如何控制混凝土坍落度损失快的问题[1-2]。一般情况下，混凝土拌合物中，除了水泥外，还掺有许多超细矿物掺和料，这些超细的矿粉对减水剂的大量吸附，使得减水剂在溶液中的浓度越来越低，造成混凝土坍落度损失。尤其，高温、长距离运输时混凝土坍落度损失较大。为了降低坍落度损失，人们采用改变拌合工艺[3]、加水重塑、多次添加减水剂以及复配缓凝成分[4]等方法，但这不但增加了生产的成本还对混凝土的强度和耐久性产生了严重的副作用[5]。

为了解决混凝土坍落度损失较大和生产成本的问题，在我们之前研究的基础上，我们采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)及蔗糖为原料，在引发剂作用下，以较低温度(40-45℃)与丙烯酸(AA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)进行反应生成一种低成本高保坍型聚羧酸减水剂。

1 实 验

1.1 样品的合成

向装有搅拌器的四口烧瓶中加入一定量的去离子水,聚醚HPEG和蔗糖,加热到30℃搅拌；丙烯酸(AA)和一定量丙烯酸羟乙酯(HEA)配制得A料；当温度稳定在40-45℃时，向四口烧瓶中滴加双氧水溶液(27%)，均匀搅拌5min，再分别滴加预先准备好的A料和B料，B料为巯基乙酸（TGA）与抗坏血酸（Vc）的混合溶液，A料3h滴加完，B料3h30min滴加完。滴加完成后，恒温反应1h，即得保坍型聚羧酸减水剂母液(即本产品Point-T)。

1.2 水泥净浆和混凝土性能的测定

水泥选用红狮P.O 42.5水泥；砂石材料为贵州本地产机制砂石，细度模数2.7-3.1；5-20mm连续级配碎石；按照GB 8076-2008《混凝土外加剂》中测定水泥净浆流动度的方法进行测定。其中水灰比为0.29，减水剂掺量为0.12%。将样品配制成固含量为9.0%的外加剂溶液，参照国标进行C30混凝土性能实验，混凝土配比见表1。

表1 混凝土试验配合比(Kg/m3)

2 结果与讨论

2.1 聚羧酸减水剂对水泥净浆流动度的影响

采用本产品Point-T做参比样，某市售保坍型减水剂PC作标样，红狮P.O 42.5水泥，做水泥净浆实验。测定两者的净浆流动度，具体结果如表1。

表2 水泥净浆对比试验

表2为空白样、标样PC和参比样Point-T的水泥净浆流动度测试结果。由表2可得：空白试样净浆初始及60min流动度均较小；掺标样和参比样的水泥净浆流动度明显增加，其中加参比样Point-T的净浆初始略小于加标样PC的净浆流动度，但60min后基本无损失，而掺标样PC的净浆流动度明显减小11mm。从实验结果上看，Point-T的保坍性能优于市售产品PC。

表3 混凝土测试结果

表4 减水剂GPC数据对比

2.2 聚羧酸减水剂的混凝土性能测试

从表3可看出：掺标样和参比样的混凝土各项性能指标均优于空白样品；参比样Point-T的混凝土初始坍落度及扩展度土略小于标样PC，，但1h保持能力较标样PC好；几组混凝土的含气量均相差不大；参比样Point-T的混凝土试样抗压强度也优于标样PC；凝结时间也长。混凝土性能试验证明，本产品Point-T的混凝土效果优于市售产品PC，可用于工业化生产。

2.3 聚羧酸减水剂结构表征

2.3.1 凝胶渗透色谱分析

参比样Point-T数均分子量Mn较高(表4)，PDI(分布宽度指数)较窄，转化率接近，为91.60%。

注：Point-T为科之杰集团特有的保坍型聚羧酸减水剂编号。

图1 本产品Point-T的红外光谱测试图

2.3.2 红外光谱分析

将低成本高保坍型聚羧酸减水剂Point-T作FT-IR结果如图1所示。其中，-OH的不对称伸缩振动吸收峰在3110cm-1-3660cm-1，为-COOH中的-OH伸缩振动吸收峰。羧酸盐单元-COONa中-C=O-的伸缩特征峰为1639cm-1。酯基-C=O-的伸缩振动吸收峰为1730cm-1。-CH-、-CH2-的特征吸收峰在2870cm-1，1453cm-1，1355cm-1为，1110cm-1是聚醚长链-C-O-C-的特征吸收峰。

3 结 语

1)本文采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)及蔗糖为原料，在引发剂作用下，以较低温度(40-45℃)与丙烯酸(AA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)合成一种低成本高保坍型聚羧酸减水剂。

2)蔗糖取代10%的聚醚参与反应生成的减水剂在混凝土中的分散性能较差。取代率为7%时，所得聚合物分散及保坍性能均较好，极大地降低了聚羧酸减水剂的生产成本。

3)从凝胶渗透色谱可以看出，图中显示特征官能团的振动吸收峰均与聚羧酸基本骨架结构一致。

[1]陈亚萍,徐征宇,陈斐.缓释高保坍型聚羧酸减水剂的制备及其性能研究.新型建筑材料,2015:8-11.

[2]冉千平,田倩,刘加平.新型聚羧酸类接枝聚合物的清洁生产工艺、性能与工程应用[J].应用基础与工程科学学报,2003,11(3):304-309.

[3]Malhotra V M.Superplasticizers:Their effect on fresh and hardened concrete [J].Design & Construction,1981,3(5):66-81.

[4]Plank,Winter C.Competitive adsorption between superplasticizer and retarder molecules on mineral binder surface[J].Cement and Concrete Research, 2008, 38(5):599-605.

[5]崔子亮,陈卫丰.保坍型聚羧酸系减水剂研究进展.山东化工,2013,42(10):64-67.

Research on synthesis and performance of inexpensive polycarboxylate superplasticizer with highly slumpretaining ability

A new kind of inexpensive polycarboxylate superplasticizer with fine slump-retaining ability was synthesized by reaction of methyl allylpolyethenoxy (HPEG),acrylic acid(AA),hydroxyethyl acrylate(HEA) with sucrose in the presence of initiator at low temperature (40～45 centigrade).The results showed that the performance of polycarboxylate superplasticizer produced by the reaction was optimal when 7% of methyl allylpolyethenoxy (HPEG) was replaced by sucrose.The synthesized samples were used to carry out test experiments and the structural characterization of FT-IR,GPC etc.Also,it has low cost, highly slump-retaining ability and fine retarding effect.

polycarboxylate superplasticizer；sucrose；FT-IR

TU528 O42.2

B

1003-8965(2017)04-0022-02

邓磊，男，硕士，工程师，贵州科之杰新材料有限公司研发工程师兼技术主办，主要从事混凝土外加剂的研发与应用。