新型聚羧酸减水剂专用不饱和聚醚HP的应用研究

2022-09-29李晓利张国宏王冰

辽宁化工 2022年9期

李晓利，张国宏＊，王冰

（1.沈阳工业大学，辽宁辽阳 111003；2.赢创天大（辽阳）化学助剂有限公司，辽宁辽阳111000）

随着聚羧酸减水剂的大范围应用，聚羧酸减水剂相关合成及应用技术不断成熟。作为聚羧酸减水剂合成过程中质量比例最大的原料，不饱和聚醚单体的结构特点直接影响了所合成聚羧酸减水剂的各项性能[1-2]。聚羧酸减水剂主链中的阴离子锚固基团与水泥颗粒表面正电荷吸附后，侧链将形成包裹于水泥颗粒表面的水化膜，从而具有了相比于静电斥力作用更大的空间位阻斥力。也正因如此，对于性能更为优异的聚羧酸减水剂专用不饱和聚醚单体的研究和开发工作一直是聚羧酸减水剂研究人员关注的重点[3-4]。

不饱和聚醚单体结构中包括含有不饱和双键的活性端和聚醚侧链结构。不饱和双键活性端的结构决定了不饱和聚醚单体的聚合活性，通过选择适合的聚合体系，调整聚合条件，可以调节聚羧酸减水剂分子主链结构，从而改变聚羧酸减水剂的水泥吸附性能[5]。聚醚侧链结构则决定了聚发酸减水剂分子吸附于水泥颗粒表面后所形成的水化膜的性能，通过调整聚醚侧链结构，可以赋予聚羧酸减水剂分子不同的工作特性[6-8]。

1 外加剂合成

1.1 试验材料

HP 聚醚，工业级，辽宁科隆精细化工股份有限公司；双氧水丙烯酸、丙烯酸乙酯、巯基丙酸、抗坏血酸，分析纯；氢氧化钠，工业级。

1.2 减水剂合成

在装有搅拌器的四口烧瓶中按比例加人HP 聚醚和去离子水，常压下加热至一定的温度。聚醚完全溶解后加入双氧水水溶液，搅拌均匀后开始分别滴加丙烯酸水溶液和巯基丙酸、抗坏血酸水溶液。反应过程中控制反应温度及滴加时间。待滴加结束后，在该温度下反应一定时间，加人氢氧化钠调节体系使pH 至7.0，加人适量去离子水，控制所合成聚羧酸减水剂固含量为40%。

1.3 保坍剂合成

在装有搅拌器的四口烧瓶中按比例加人HP 聚醚和去离子水，常压下加热至一定的温度。聚醚完全溶解后加人双氧水水溶液，搅拌均匀后开始分别滴加丙烯酸、丙烯酸羟乙酯水溶液和巯基丙酸、抗坏血酸水溶液。反应过程中控制反应温度及滴加时间。待滴加结束后，在该温度下反应一定时间，加人氢氧化钠调节体系使pH 至7.0，加人适量去离子水，控制所合成聚羧酸减水剂固含量为40%[9]。

2 外加剂性能评价

2.1 水泥净浆评价试验

按照《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB/T 8077—2000）测定聚羧酸减水剂及保坍剂水泥净浆流动性能。称取海螺P.O 42.5 硅酸盐水泥300 g、一定量的外加剂及87 g 水倒入搅拌锅中，搅拌3 min。将拌制好的水泥净浆迅速注人截锥圆模（上口直径36 mm、下口直径60 mm、高度60 mm的内壁光滑无接缝的金属制品）内，用刮刀刮平，将截锥圆模按垂直方向提起，同时开启秒表计时，任水泥净浆在水平光滑、表面湿润而不带水渍的玻璃板上流动至30 s，用直尺量取流淌部分互相垂直的两个方向的最大直径，取平均值作为水泥净浆流动度。

2.2 混凝土性能评价试验

按照《混凝土外加剂》（GB 8076—2008）混凝土拌合物性能试验方法测定加入聚羧酸减水剂及保坍剂的混凝土性能。

2.2.1 混凝土试验材料[10]

海螺P.O 42.5 水泥；辽宁地产河砂，Mx=2.7；石子为5～10 mm 玄武岩小石子和10～20 mm 玄武岩大石子；外加剂为聚羧酸减水剂。

2.2.2 试验用混凝土配合比

表1为混凝土性能评价试验所用的配合比。

表1 混凝土性能评价试验所果用的配合比

3 结果与讨论

所用减水剂、保坍剂样品说明如表2所示。

表2 所用减水剂、保坍剂样品说明

3.1 水泥净浆评价结果

表3为聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度评价结果。由表3可知，在相同外加剂用量下，采用HP聚醚合成的聚羧酸减水剂具有良好的减水性能，其性能优于市售聚发酸减水剂产品ST-001 及采用HPEG 合成的聚羧酸减水剂HWAC-001。采用HP聚醚在20、40、60 ℃条件下合成的聚羧酸减水剂均具有良好的水泥净浆扩展度。其中，20 ℃下合成的聚羧酸减水剂HWHP-20 的初始水泥净浆流动性能最优，但相比于更高温度下（40 ℃、60 ℃）所合成聚羧酸减水剂样品，其流动性能经时损失较大[11]。60 ℃下合成的聚羧酸减水剂HWHP-60 的初始水泥净浆扩展度相比于HWHP-20 略小，但经时损失小，60 min 后HWHP-60 的水泥净浆扩展度明显优于市售聚羧酸减水剂产品ST-001、采用HPEC合成的聚羧酸减水剂HWAC-001 及HWHP-20。

表3 聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度评价结果

表4为保坍剂的水泥净浆流动度评价结果。由表4可知，在相同外加剂用量下，采用HP 聚醚合成的保坍剂具有良好的水泥净浆扩展度保持效果，其性能优于市售保坍剂产品BT-001 及采用TPEC 合成的保坍剂HSAB-001。采用HP 聚醚在20、40、60 ℃下合成的保坍剂均具有良好的水泥净浆扩展度保持能力。相比于更低温度下（20 ℃、40 ℃）所合成的保坍剂样品，60 ℃下合成保坍剂HSHP-60 的初始水泥净浆流动度略小，与市售保坍剂产品RT-001及采用TPEC 合成的保坍剂HSAB-001 相当，且水泥净浆流动度经时损失最小，120 min 后HSHP-60的水泥净浆扩展度明显好于其他样品。

表4 保坍剂的水泥净浆流动度评价结果

通过分子结构设计，不饱和聚醚HP 具有较好的聚合能力，可适用于聚羧酸减水剂、保坍剂的常温及升温合成工艺。不饱和聚醚HP 的特殊分子结构也赋予了其所合成的聚发酸减水剂、保坍剂优良的水泥净浆流动性能以及水泥净浆扩展度保持能力，其在水泥净浆方面的性能体现优于现有HPEG、TPEG 合成的同类聚羧酸减水剂、保坍剂产品。

3.2 混凝土性能评价结果

表5为相同用水量下聚羧酸减水剂的混凝土性能评价结果。与该系列聚羧酸减水剂水泥浆评价结果相类似，在相同水胶比[12]下，采用HP 系列不饱和聚醚合成的聚羧酸减水剂具有良好的减水效果，特别是采用常温工艺合成的HWHP-20 聚酸酸减水剂，其初始混凝主坍落度、扩展度明显优于其他减水剂样品。在40 ℃和60 ℃条件下合成的聚羧酸减水剂样品HWHP-40、HWHP-60 初始混凝土坍落度、扩展度与市售聚发酸减水剂产品ST-001 及采用HPEG 合成的聚羧酸减水剂HWAC-001 样品相当，但其混凝土坍落度经时损失明显优于其他减水剂样品，所拌制的混凝土在60 min 后仍具有一定的流动性。此外，采用HP 系列不饱和聚醚合成的聚羧酸减水剂所拌制的混凝土的和易性均好于其他减水剂样品。

表5 相同用水量下聚羧酸减水剂的混凝土性能评价结果

表6为相同用水量下保坍剂的混凝土性能评价结果。由表6可知，采用HP 系列不饱和聚醚合成的保坍剂具有良好的工作性能。相比于市售保坍剂产品BT -001 及采用TPEG 合成保坍剂HSAB-001，采用HP 系列不饱和聚醚合成的保坍剂在具有良好的坍落度保持能力的同时，还具有良好的初始减水能力。样品HSHP-20 和HSHP-40 在120 min 坍落度、扩展度略优于BT -001 和HSAB -001，其初始工作性能也明显优于BT-001 和HSAB-001。HSHP-60 的初始工作性能略优于BT-001 和HSAB -001，且所拌制混凝土120 min 后仍具有良好的工作性能，坍落度保持能力明显优于其他样品。