VPEG型聚羧酸减水剂的性能研究

王文荣

摘 要：用VPEG（4-羟丁基乙烯基聚醚）制备聚羧酸减水剂技术在国内处于起步阶段。在制备工艺、适应性、混凝土和易性、力学性能等方面研究VPEG型聚羧酸减水剂的性能特点。试验结果表明，新型VPEG型聚羧酸减水剂制备工艺简便，适应性较好，混凝土早期强度高。

关键词：VPEG;聚羧酸减水剂

1 前言

聚羧羧减水剂在1986年率先由日本发明后得到快速发展，由于其结构性能多样化，在我国众多大型工程建设中得到广泛应用。聚醚单体是聚羧酸减水剂的主要组成部分，聚醚大单体由最早出现的酯类单体、烯丙基聚醚（APEG）发展到现在较为成熟的异戊烯基聚醚（TPEG）单体、异丁烯基醚（HPEG），直到近年开发出的VPEG单体。目前市售的聚羧酸减水剂以HPEG型及TPEG型聚羧酸减水剂为主。国外某些化工巨头针对VPEG单体已开发出系列化产品，国内只有少数外加剂厂家具备VPEG型减水剂制备技术^[1]。VPEG聚醚双键共聚活性高，另外分子结构设计中适当增加了一端的亲油性，这使得制备出的新型聚羧酸减水剂具有特殊的性能优势。利用VPEG聚醚单体的特点优势，开发出系列化产品，将有助于改善聚羧酸减水剂敏感性及相容性问题。

本研究从制备工艺、产品性能、适应性、和易性等方面深入探讨VPEG型聚羧酸减水剂的特点，对新型聚羧酸减水剂的推广及应用具有重要意义。

2 实验部分

2.1 实验原料

2.1.1 化学试剂：VPEG分子量4000（工业级）、丙烯酸（工业级）、双氧水（工业级）、巯基丙酸（工业级）、还原剂（自制）。

2.1.2 华新P·O42.5水泥;亚东P·O42.5水泥;海螺P·O42.5水泥。

2.2 新型减水剂的制备

先在容器中加入一定量的聚醚单体和水，待单体全部溶解后，加入双氧水，滴加液A（由丙烯酸、巯基丙酸、还原剂（自制）组成）。滴加结束后，得到VPEG型聚羧酸减水剂。最佳制备工艺：丙烯酸与聚醚单体摩尔比为4.5：1，其他按单体总质量百分比加入（双氧水0.3%、自制还原剂0.1%、MPA0.15%），反应温度15～25℃，反应时间1h。

3 结果与讨论

3.1 新型聚羧酸减水剂的制备工艺分析

目前外加剂市场存在少量的酯类产品，该产品制备工艺复杂，反应温度要达到100℃以上，合成时间（8h～10h）较长，且在生产过程中涉及到环保污染问题，国内只有及少数厂家保留酯类生产工艺，酯类产品的优势在于适应性广，拌制混凝土和易性较高，通常和其他产品搭配使用;APEG型聚羧酸减水剂由于烯丙基聚醚单体活性较低，反应温度在80℃左右，合成时间在6h～8h，减水率较低，现在聚羧酸减水剂市场上基本无此类产品;HPEG型及TPEG型聚羧酸减水剂是目前的主流产品，其制备工艺通常采用常温或加热（60℃左右）制备，反应时间在3h～5h，这两类产品的工业化生产在国内已趋于成熟^[2];VPEG聚醚单体双键共聚活性较高，VPEG型聚羧酸减水剂反应温度在15～25℃，大大降低了生产能耗，整个反应时间在1h～1.5h，极大的缩短了制备时间，这为新型聚羧酸减水剂的工业化生产提升更高的效率。

3.2 新型VPEG聚羧酸减水剂的水泥适应性研究

选取华新P·O42.5水泥、亚东P·O42.5水泥、海螺P·O42.5水泥，通过水泥净浆流动度试验研究不同类型的聚羧酸减水剂与不同水泥之间的相容性，减水剂的掺量为水泥质量的0.5%，相容性试验见表1。

从表1水泥净浆数据得知，针对华新P·O42.5水泥，掺有三种聚羧酸减水剂的水泥净浆初始流动度较低，TPEG型聚羧酸减水剂的初始水泥净浆为240mm，1h后降为205mm，损失较大，HPEG型与VPEG型聚羧酸减水剂表现出良好的相容性;针对亚东P·O42.5水泥，三种聚羧酸减水剂的均有较高的水泥净浆初始流动性，HPEG型聚羧酸减水剂的初始水泥净浆为，1h降为200mm，流动度损失较大，TPEG型与VPEG型聚羧酸减水剂表现出良好的相容性;针对海螺P·O42.5水泥，三种聚羧酸减水剂的均有较高的水泥净浆初始流动性，HPEG型聚羧酸减水剂的水泥净浆经时损失较大（初始为285mm，1h降为210mm），TPEG型聚羧酸减水剂的水泥净浆同样具有一定的损失（初始为280mm，1h降为215mm），而VPEG型聚羧酸减水剂与海螺P·O42.5水泥相容性较好，水泥净浆初始流动度为280mm，1h后水泥净浆流动度仍有240mm;试验结果分析表明，VPEG型聚羧酸减水剂对三种水泥表现出较好的适应性。

由于新型聚羧酸减水剂中聚醚侧链摆动自由度大，提高了聚羧酸减水剂分子结构中侧链对水泥颗粒的包裹性和缠绕性，受水泥中碱含量、硫酸根离子含量等其他因素影响较小，因此制备出的新型聚羧酸减水剂具有更好的适应性。

3.3 新型VPEG聚羧酸减水剂对混凝土工作性能影响

C40混凝土配合比：水泥302Kg/m³（亚东水泥PO·42.5），阳逻粉煤灰138Kg/m³（I级灰），砂685 Kg/m³（细度模数3.0），石1090 Kg/m³（5～25mm），水灰比为0.38。混凝土工作性见表2。

混凝土原材料砂的细度模数为3.0偏粗，混凝土拌合物保水性差。HPEG型聚羧酸减水剂其减水率较高，由于砂石级配存在问题，混凝土拌合物出现粘聚性较差，泌水现象，初始坍落度/扩展度为220/550mm，1h后坍落度、扩展度损失严重，基本无流动性。TPEG型聚羧酸减水剂减水率适中，混凝土拌合物粘聚性稍好，稍有漏石，初始坍落度/扩展度为210/530mm，1h坍落度/扩展度为175/440mm，1h后坍落度、扩展度有一定的损失。VPEG型聚羧酸减水剂减水率其他类型产品性能相当，混凝土拌合物粘聚性、包裹性较好，无泌水泌浆现象，初始坍落度/扩展度为215/540mm，1h坍落度/擴展度为200/500mm，混凝土坍落度、扩展度损失非常小，能保持优良的工作性能。由于VPEG聚醚大单体中的特殊结构，制备出的新型聚羧酸减水剂的保坍效果要远远好于其他类型的产品。在水泥浆体中，聚羧酸减水剂分子靠主链的吸附及侧链在浆体中的展开起分散作用，相比其他类型的聚醚侧链，VPEG型聚羧酸减水剂的侧链受浆体中碱含量、硫酸根离子含量等环境影响较小，更容易使侧链在水泥浆体中充分伸展，充分发挥聚羧酸主链的吸附作用，从而达到优异的分散性能及保坍性能。

3.4 新型VPEG聚羧酸减水剂对混凝土抗压强度的影响

研究三种不同类型聚羧酸减水剂对混凝土抗压强度的影响，混凝土抗压强度见表3。

掺有HPEG型聚羧酸减水剂与TPEG型聚羧酸减水剂的混凝土不同龄期抗压强度相差不大，掺有VPEG型聚羧酸减水剂的混凝土1d抗压强度为15.02Mpa，相比HPEG型产品，混凝土1d抗压强度提高18%;掺有VPEG型聚羧酸减水剂的混凝土3d抗压强度为28.56Mpa，相比HPEG型产品，混凝土抗压强度提高14%;掺有三种不同类型减水剂的混凝土28d抗压强度相差不大。综上所述，新型VPEG聚羧酸减水剂具有较好的早期强度，在混凝土1d、3d龄期表现尤为明显。

4 结语

新型VPEG聚羧酸减水剂在制备工艺、混凝土和易性、坍落度保持能力等方面具有较大优势，并且具有一定的早强性。

参考文献：

[1]曾君.VPEG 型聚羧酸减水剂的合成[J].广州化工，2015，43（3）：105-107.

[2] 孙振平，杨辉.国内聚羧酸系减水剂的研究进展与展望[J].混凝土世界，2013（3）：31-35.