酰胺型聚羧酸减水剂合成工艺及性能研究
2018-12-06魏晓丹
魏晓丹
(福建省建筑科学研究院,福建 福州 350100)
目前在研究聚羧酸系减水剂时,工艺简化、成本降低、市场竞争力提高为主要方向,同时也注重产品应用性能的提升、保坍性的改善等。本文设计合成具备优异保坍性能、较低能耗的聚羧酸系减水剂,原材料选取聚醚胺(PN-220)、聚丙烯酸(PAA),在同时引入羧基、酰胺基的一步法合成工艺采用下,可实现混凝土坍落度保持性的改善。通过试验对单体比例、相对分子质量、聚合温度等影响规律展开分析。
1 试验部分
1.1 试剂与仪器
自制聚乙二醇丙烯酸单酯大单体;丙烯酸、丙烯酰胺、马来酸酐、过硫酸铵及甲基丙烯磺酸钠(均为分析纯);普硅水泥;中国ISO标准砂。
Zeta点位分析仪、Nano ZS 90型纳米粒度;GJ 160-2 水泥净浆搅拌机;JJ-5水泥胶砂搅拌机等。
1.2 合成工艺
将一定量的聚醚胺、聚丙烯酸加入装有搅拌器、温度计、分水器和冷凝回流管的250mL四口烧瓶中,氮气通入后加热原材料[1]。在其温度提高至一定时保持一定时间的恒温状态后,冷却至100℃以下将少量去离子水加入,搅拌均匀。
1.3 砂浆试验
以《混凝土外加剂匀质性试验方法》(GB 8077-2000)规定的跳桌法砂浆流动度试验的高60mm、上下口内径分别为70mm、100mm的截锥圆模作为砂浆流动度试验装置。砂浆中灰砂比为1:2,使用能将砂浆流动度变为(250±10)mm的水量,减水剂掺量0.20%。
以《水泥强度检验方法》(GB/T 17671-1999)操作程序进行砂浆制备,用湿毛巾润湿玻璃板、试验圆模,玻璃板保持水平,并将试模置于其中央[2]。在完成砂浆搅拌后,快速朝着试模导入,并缓慢的以垂直方向提起,停止流动后以两个垂直方向直径为对象进行测量并计算平均值(精确值5mm),该值为砂浆流动度。随后,收回所有砂浆并将其装入带盖的不吸水容器中,避免水分蒸发。放置1h后,观察是否有泌水出现,再次搅拌、静置,并于1h后测量流动度。以相同方式分别对静置90、120min后的砂浆流动度进行测量。
1.4 混凝土试验
以《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080-2002)中规定的方法对混凝土拌合物初始坍落度及径直60min、90min、120min后的坍落度。
以《混凝土外加剂》(GB 8076-2008)和《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)中的相关要求为根据,对混凝土抗压强度及抗压强度比进行测定。
2 结果与讨论
通过分析、试验得知,聚丙烯酸相对分子质量为5000,单体分子与聚醚胺摩尔比为0.15,聚合时间为30min,聚合温度为195℃。
以上述试验工艺为基础,依次改变聚丙烯酸相对分子质量、单体比例、聚合时间与温度,以此类条件对聚合产物流动度保持性、减水率影响规律为对象进行分析。在对减水剂流动度保持性进行衡量时,本文主要以120min后的流动度大小为依据。
2.1 PAA的相对分子质量对聚合产物减水率和流动度保持性的影响
下表1为聚丙烯酸相对分子质量对聚合产物减水率、流动度保持性的影响。随着聚丙烯酸相对分子质量的下降,相应地就会增加聚合产物减水率[3]。聚丙烯酸为7500的相对分子质量时,聚合产物表现出6.30%的减水率;聚丙烯酸为2500的相对分子质量时,聚合产物可达到34.4%的减水率;聚丙烯酸相对分子质量5000时,聚合产物表现出25.0%的减水率,流动度保持性较佳,129min后损失的流动度仅有10mm。
基于此,聚丙烯酸相对分子质量为5000时有较好的聚合产物减水率、流动度保持性。
表1 聚丙烯酸相对分子质量对聚合产物减水率、流动度保持性的影响
2.2 单体比例对聚合产物减水率和流动度保持性的影响
下表2为PAA5000与PN-200的摩尔比对聚合产物减水率、流动度保持性的影响结果[4]。根据下表可发现,摩尔比能在很大程度上对聚合产物减水率构成影响,然而几乎不会影响流动度保持性。当 与 之间有0.15的摩尔比时,减水率及流动度保持性相对更佳。
表2 PAA5000与PN-200的摩尔比对聚合产物减水率、流动度保持性的影响
表3 聚合时间对聚合产物减水率和流动度保持性的影响
2.3 聚合时间对聚合产物减水率和流动度保持性的影响
下表3为聚合时间对聚合产物减水率和流动度保持性的影响结果。根据下表可发现,不同产物减水率在10、20、30min时,基本保持相同,流动度保持性有所改善;而在60、90min时减水率、流动度保持性明显降低。故而聚合时间应以30min为佳。
2.4 不同减水剂的性能对比
采用最佳合成工艺得到的减水剂 与 比较,当0.20%的减水剂掺量时,砂浆中 与 的减水率分别为23.9%、24.5%,具体如下图所示。
根据图中所示,的流动度保持性远高于 ,这也表示了若是混凝土坍落度要求偏高,采用 更符合。
图1 砂浆中掺加不同减水剂后的流动度保持性
3 结语
本文就酰胺类聚羧酸减水剂合成工艺展开了分析,依据单因素变化试验所取得的合成工艺参数较为良好:聚丙烯酸为5000相对分子质量时,单体分子与聚醚胺摩尔比为0.15,聚合时间为30min,聚合温度为195℃。
依据该合成工艺得到的酰胺类聚羧酸减水剂运用至混凝土中,减水率可达到27.3%,拌合物在120min后可保持180mm的坍落度,将该减水剂掺加至混凝土中,可使其具备较为良好的强度。