缓释聚羧酸高效减水剂的合成与应用

江西省萍乡市联友建材有限公司，江西 萍乡 337000

1 前言

从聚羧酸减水剂被指定为铁路工程专用的混凝土外加剂，更是极大的促进了聚羧酸减水剂的推广与应用。聚羧酸减水剂具有更多优点，如掺量低，减水率高，适应性较好等。但在实际工程应用过程中，常因水泥的品种与细度.砂石料级配以及随着混凝土原材料品质的波动等导致混凝土的工作性能会表现出明显的起伏，其坍落度损失问题是明显现象。本文从聚羧酸高性能减水剂的化学结构和作用机理着手，引用具有缓释功能基团，以甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸（AA）、和一种带有双键的酯为主要原料构成缓释体系，进而对该缓释体系进行优化，最终得到性能优良的缓释聚羧酸高效减水剂。缓释聚羧酸高效减水剂具有缓慢释放其分散作用的特性，达到使混凝土的流动性后期增大保持的效果，可以避免运输途中造成的混凝土坍落度损失过快现象。结果表明LY-6 的减水率和保坍性能能逐步提高，以及有缓释的效果。

2 试验部分

2.1 试验原料、仪器

试验原料：甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸（AA）、不饱和双键酯、氧化剂，相对分子量调节剂，VC；

试验仪器：四口烧瓶、温度计、搅拌器、蠕动泵、搅拌机等。

2.2 试验方法

先将一定量的TPEG 与去离子水加入烧瓶中，搅拌升温到指定温度。首先加入氧化剂的水溶液，然后开始滴加丙烯酸AA和酯的水溶液与调节剂和VC 的水溶液，AA 和酯的水溶液滴加3h，调节剂和VC 的水溶液滴加3.5h，保温老化1.5h，用30%氢氧化钠溶液中和到pH 为6～7，即得缓释聚羧酸高效减水剂母液。

3 实验结果与讨论

3.1 丙烯酸的用量对净浆流动度的影响

图1 酸的用量对减水剂分散性能的影响

在缓释聚羧酸高效减水剂分子结构中，羧基有利于提高减水率，在其他组分不变的情况下，改变丙烯酸的的用量，考察了丙烯酸的物质的量对水泥分散性的影响，结果如图1 所示。

聚醚和酸基是聚羧酸减水剂的主要组成部分，聚醚起到空间位阻效应，延长水泥粒子水化时间，而酸基起到吸附水泥粒子的作用，从而延长水化时间。随着酸醚比的增大，初始净浆与1h 和2h 都是先增大后减小，当酸基摩尔比是3 的时候，两者值最大。实验证明由于酸醚比较小时，酸基团在减水剂分子主链上的比例较小，吸附水泥的效果很差，使减水剂不能及时地包裹水泥颗粒，导致净浆流动度差；而酸醚较大时，聚醚基团在主链上比例较小，不能较好地起到减水的作用，导致净浆流动度差，所以当酸醚量之比为3 时，减水剂的性能最优。

3.2 不饱和双键酯的用量对净浆流动度的影响

缓释聚羧酸里含有一种带有双键的酯，以这种酯为主要原料构成缓释体系，从而对该缓释体系进行改良，改变酸酯的用量对聚羧酸减水剂分散性和缓释性的影响。

如图2 所示，随着酯的用量增大，分散性和缓释性都增大，当酯与醚的摩尔比为3.5 时，其效果最佳，再增大，分散性和缓释能力的效果反而更差。分析认为这是由于酯醚较小时，酯基水解的程度不够，分散性和缓释受影响；当酯醚比较大时，分子侧链太密，影响了羧基在主链上的比例，减水和缓释都受影响。所以要有良好的分散性和缓释效果，酯与醚的摩尔比为3.5 时，分散和缓释效果最佳。

图2 酯的用量对减水剂缓释性能的影响

3.3 引发体系对水泥净浆流动度的影响

引发剂是减水剂合成中必要的因素，种类和用量大小连系着减水剂的分子质量及主链的长度，适合的主链长度才能使减水剂充分发挥作用。

图3 引发剂种类及用量对减水剂分散性能的影响

如图3 所示，两种引发剂及用量对 LY-6 分散性和缓释性能的影响［1］。根据引发剂的温度不同，两种引发剂选择分别在75℃和60℃下进行，用量以氧化剂占单体的总摩尔分数计。从图3 中可以看出，采用两种引发体系合成的LY-6 都具有优良分散和缓释的性能，但（VH 引发体系更好。选择Vc 与H2O2物质的量之比为1：4.5，当Vc 的用量为1%时，净浆流动度达到最大，缓释也最大，随着Vc 用量增大，净浆流动度反而减小，因此，优选在LY-6 合成中优选VH 体系，Vc 用量为单体总物质的量的1%。

3.4 反应温度净浆流动度的影响

当酸醚的量之比为3，酯醚的量之比为3.5，引发剂用量为聚合单体的3.0 时，反应温度改变。反应温度对自由基的合成速率有较大的影响，因而对聚合反应也产生较大影响［2］。如图4 所示。

图4 聚合温度对减水剂分散性能的影响

4 性能测试

4.1 LY-6 对混凝土的保坍性能

参照国家标准GB8076—2008《混凝土外加剂》，调整用水量使混凝土初始坍落度为（210±10）mm，选用某国外公司的聚羧酸保坍剂1、某国内公司的保坍剂2 和本公司的聚羧酸减水剂LY-2 对实验所得样品进行测试，结果见表6 混凝土性能测试结果。

表6 混凝土性能测试结果

由表5、6 可以看出，缓释聚羧酸高效减水剂LY-6 从减水率、坍落度保持等方面都具有明显改良现象。

5 缓释聚羧酸高效减水剂在混凝土中的应用

5.1 缓释聚羧酸高效减水剂在高速公路的应用

萍莲高速中C40～C50 混凝土均要求泵送，坍落度要求≥220mm，扩展度要求≥600mm，2h 混凝土无损失。

因萍莲高速用砂含泥量大，为了满足以上要求，必须选择具有高减水率、高保坍性能的聚羧酸高性能减水剂。

C40～C50 混凝土配合比见表7

表7 C40～C50 混凝土配合比 单位：kg/m3

表8 C40～C50 混凝土性能

从以上实验看出，现合成的缓释聚羧酸高效减水剂与普通聚羧酸减水剂复配使用达到工程施工要求。

6 结论

（1）甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸（AA）、不饱和双键酯为主要原料合成了缓释聚羧酸高效减水剂，通过各组分的实验对性能的影响，确定了合成工艺参数。从试验表明缓释聚羧酸高效减水剂有优良的缓释性、减水性能和相容性。特别是与普通的聚羧酸减水剂搭配使用比单独的普通聚羧酸高效减水剂保坍性更好，更经济。

（2）现合成的缓释聚羧酸高效减水剂对含泥量大和高强混凝土更适应，并能满足各种工程的施工要求。