抗泥保坍剂的制备及性能研究

邓 磊（贵州科之杰新材料有限公司，贵州 龙里 551206）

抗泥保坍剂的制备及性能研究

邓 磊（贵州科之杰新材料有限公司，贵州 龙里 551206）

本文采用异戊烯基聚氧乙烯基醚(TPEG)、丙烯酸(AA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)及白糖为原材料，在引发剂作用下，以较低温度(40~45℃)合成一种抗泥型聚羧酸保坍剂。研究发现，白糖取代8%的聚醚参与反应时所得到的抗泥保坍剂性能最好。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、抗泥性及保坍性好等优点。

聚羧酸；白糖；抗泥性；红外光谱

随着我国基础设施工程建设的大规模发展，新型聚羧酸减水剂在我国的应用越来越广泛，但由于部分地区的商品预拌混凝土中砂石含泥量较高，导致混凝土施工性能不良，耐久性变差等问题，容易引起工程质量事故。当混凝土中含泥量达到一定程度时，聚羧酸减水剂呈现出减水率降低、坍落度损失快等现象，并且一定程度上影响混凝土的后期性能[1]。

目前，学术界认为泥影响聚羧酸减水剂分散性能的原因在于泥的颗粒较细，具有较大的比表面积，对聚羧酸减水剂具有强烈的吸附作用，在混凝土拌合过程中吸附了大量聚羧酸减水剂，导致水泥颗粒吸附聚羧酸减水剂的有效量降低[2-3]。现在一般采用冲洗混凝土骨料或提高聚羧酸减水剂掺量作为常用解决手段。但冲洗易造成环境污染、损害砂的良好级配，更不利于有效控制混凝土的水灰比，同时也提高了混凝土的生产成本[4]；提高聚羧酸减水剂的掺量的同时也提高了混凝土的生产成本，还增加了其他生产工艺的麻烦。

基于以上泥对混凝土使用过程中所造成的损失快问题及前人的一些研究，从聚羧酸减水剂本身出发，开发一种抗泥性能良好的聚羧酸保坍剂在预拌混凝土行业中大力推广与应用具有重要意义。

为了解决以上含泥量高混凝土坍损快问题，在我们之前研究的基础上，我们采用异戊烯基聚氧乙烯基醚(TPEG)、丙烯酸(AA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)及白糖为原材料进行反应。白糖来源广泛，价格也远远低于聚醚，在混凝土拌制过程中不仅能作为缓凝剂，而且还具有保坍作用，其类似于减水剂的多羟基结构对提高聚羧酸的抗泥性能具有重要作用。

1 实 验

1.1 样品的合成

向装有搅拌器的单口瓶中加入一定量的去离子水，丙烯酸(AA)和一定量白糖在40~45℃搅拌30min，冷却至室温后加入丙烯酸羟乙酯(HEA)得A料。当温度稳定在40~45℃时，向装有聚醚溶液的四口烧瓶中加入双氧水溶液(27%)，均匀搅拌5min，再分别滴加预先准备好的A料和B料(TGA与Vc混合溶液)，A料3h滴加完，B料3h10min滴加完。滴加完成后，恒温反应1h，即得抗泥保坍剂母液(即本产品Point-T)。

1.2 砂含泥量的测定（亚甲蓝法）

称取试样砂(已用1.25mm方孔筛筛分)200g(m1)置于容器中，并注入饮用水(m2)，使水面高出砂面150mm。充分拌匀后，浸泡24h，然后用手在水中碾碎泥块，再把试样放在公称直径630um的方孔筛上，用水淘洗至水清澈；将保留下来的试样从筛里取出，装入水平浅盘后置于105℃左右的烘箱中烘干至恒重，冷却后称重(m3)，具体实验数据见表1。

表1 机制砂亚甲蓝实验

取两组数据的计算平均值得青泥砂含泥量2.0%，黄泥砂含泥量1.8%，黑泥砂含泥量2.1%。

1.3 水泥净浆和混凝土性能的测定

水泥选用红狮P.O42.5水泥；砂石材料为贵州本地产机制砂石、青泥砂、黄白砂和黑泥砂，细度模数2.7-3.1；5-20mm连续级配碎石；按照GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》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，聚羧酸保坍剂掺量为1.0%。将样品配制成固含量为9%的外加剂溶液，参照GB 8076-2008《混凝土外加剂》进行C30混凝土性能实验，混凝土配比见表2。

表2 混凝土试验配合比(Kg/m3)

2 结果与讨论

2.1 聚羧酸保坍剂对水泥净浆流动度的影响

选取几个典型的市售抗泥保坍剂作标样，分别为重庆公司H17抗泥保坍剂、厦门研发S091抗泥保坍剂、厦门研发S10A抗泥保坍剂以及科隆阻泥保坍剂H1，本产品Point-T作参比样，红狮P.O 42.5水泥，做水泥净浆实验。通过测定1h水泥净浆流动度来比较市售抗泥保坍剂和本产品Point-T的保坍性能，具体结果见表3所示。

表3 水泥净浆对比试验

表4 混凝土测试结果

表3为未掺加保坍剂、掺加重庆公司H17抗泥保坍剂、厦门研发S091抗泥保坍剂、厦门研发S10A抗泥保坍剂、科隆阻泥保坍剂H1作标样和本产品Point-T的水泥净浆流动度测试结果。由表3可得：未掺加减水剂的空白试样及掺保坍剂的试样均无水泥净浆初始流动度；60min后，掺抗泥保坍剂的水泥净浆均有明显流动度，且本产品Point-T在等含固等掺量条件下较市售抗泥保坍剂具有更好的流动性。从净浆结果上看，本产品Point-T的保坍性能优于市售产品。

2.2 聚羧酸保坍剂的混凝土性能测试

从表4可知：掺抗泥保坍剂的混凝土试样其初始、经时1h的坍落度和扩展度损失、混凝土试块强度及凝结时间均优于空白样品；与各标样相比，掺本产品Point-T的混凝土初始坍落度及初始扩展度较大，且一个小时后，经时流动度损失较小；六组试配混凝土的含气量相差不大；本产品Point-T的混凝土试样各龄期的抗压强度均大于各标样；凝结时间较各标样延长了1-2h。通过混凝土我们可以看出，等掺量等含固量条件下，本产品Point-T的初始流动度明显大于市售其他抗泥保坍剂产品，即同掺量同含固量条件下，本产品Point-T抵抗泥土吸附的能力明显优于市售抗泥保坍剂。1h后混凝土流动度损失较小，保坍性较好。

2.3 抗泥保坍剂结构表征

2.3.1 GPC分析

本产品Point-T数均分子量Mn较某市售抗泥保坍剂高(表5)，分子量分布指数(PDI)较市售抗泥保坍剂窄，但本产品转化率略低于市售抗泥保坍剂，为91.60%。

表5 保坍剂GPC数据对比

2.3.2 红外光谱分析

图1 本产品Point-T的红外光谱测试图

合成的抗泥保坍剂Point-T的红外光谱如图1所示。从图中可看出，-OH的不对称伸缩振动吸收峰在3110cm-1~3660cm-1。-COONa中 -C=O-的 伸 缩 特征峰为1640cm-1。1732cm-1为酯基中-C=O-的伸缩振动吸收峰，这表明聚合物中酯基的存在。2871cm-1，1455cm-1，1352cm-1为-CH-、-CH2-的特征吸收峰，1109cm-1是聚合物中醚键-C-O-C-的特征吸收峰，这也表明了聚合物中聚醚单元的存在。

3 结 语

1) 本文使用异戊烯基聚氧乙烯基醚(TPEG)、丙烯酸(AA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)及白糖等为原材料，在较低温度(40~45℃)合成抗泥型聚羧酸保坍剂。此抗泥保坍剂具有良好的抗泥性及保坍性。

2) 实验过程中，使用白糖取代10%的聚醚参与反应时，所得聚合物在混凝土中的分散性能较差。取代率为8%时，所得聚合物抗泥性及保坍性均较好，按目前聚醚(TPEG)11500元/吨，白糖5000元/吨的单价算，单吨聚醚消耗减少520元，极大地降低了合成成本；更为重要的是，白糖的多羟基结构在混凝土中，也可被比表面积较大的泥土颗粒吸附，白糖分子占据了泥土颗粒表面一定的吸附位点后，减少了泥土颗粒对聚羧酸的吸附而起到抗泥作用。

3) 从GPC可看出其分子量大，反应转化率高。红外光谱测定，可得出合成样品具有聚氧乙烯基、羟基、羧基及酯基等官能团。

[1]桓勇,马保国.不同含泥量对两类减水剂性能影响规律研究.商情,2012(44).

[2]王林,王栋民,包文忠.粘土对聚幾酸减水剂性能的影响及机理研究.武汉理工大学学报,2013(8).

[3]潘子骥,卞荣兵,金兔红,刘丙柱,富扬.具有抗泥功能混凝土外加剂的制备与评价.“科隆杯”外加剂征文集,322-326.

[4]马永贵,韩青峰.抗泥型聚羧酸系减水剂的合成及在混凝土中的应用.水电水利技术,2016(47):59-62.

Research on synthesis and performance of polycarboxylate slump-retaining agent with highly anti-mud ability

A new kind of polycarboxylate slump-retaining agent with highly anti-mud ability was synthesized by reaction of methyl allylpolyethenoxy (TPEG),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 slump-retaining agent with highly anti-mud ability produced by the reaction was optimal when 8% of methyl allylpolyethenoxy (TPEG) 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 anti-mud ability and highly slump-retaining effect.

polycarboxylate；sucrose；anti-mud ability；FT-IR

TU528 O42.2

B

1003-8965(2017)05-0074-02

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。