一种高适应性聚羧酸减水剂的制备及性能研究

陈文山

（科之杰新材料集团福建有限公司）

0 引言

聚羧酸减水剂具有减水率高、适应性好、分子结构可设计、环境友好等优点[1]，目前已广泛应用于市政、铁路、公路、港口、桥梁、水电等众多工程领域。但是，随着聚羧酸减水剂使用量的逐步增长与推广范围的不断扩大，复杂多变的水泥、砂、石等材料对聚羧酸减水剂的性能提出了更高的要求。由于混凝土拌合物中的水泥、粉煤灰、硅微粉等矿物掺合料会对聚羧酸减水剂大量吸附，使得减水剂在混凝土拌合物中的浓度偏低，同时由于混凝土砂、石等骨料会携带部分泥，造成混凝土坍落度损失过快。

本试验主要通过以烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、丙烯酸（AA）为单体，还原剂（P1）/双氧水（HO）为引发剂，巯基乙醇（ME）为链转移剂，合成一种高适应性聚羧酸减水剂。混凝土试验结果表明，通过最佳工艺条件合成的高适应性聚羧酸减水剂与市面上同类聚羧酸减水剂产品相比，该产品减水率高、和易性更好、保坍性能更优。

1 实验部分

1.1主要原材料

⑴合成原材料：烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、丙烯酸（AA）、双氧水（HO）、巯基乙醇（ME）、还原剂（P1）、32%氢氧化钠溶液(NaOH)，均为工业级。

⑵复配原材料：保坍剂PCE-1（市面上同类聚羧酸保坍剂产品）；PCE（市面上同类聚羧酸减水剂产品）；助剂H。

⑶混凝土试验材料：水泥C：春驰P.O 42.5；砂S：机制砂，细度模数2.7～3.1；石子G：公称粒径5～20mm 连续级配碎石。

1.2合成工艺

⑴单体均化：称量一定量烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）与去离子水倒入四口烧瓶中，装上搅拌器和温度计，开启搅拌器至聚醚溶解，整个过程起始温度控制在25℃～45℃。

⑵加入小料：称量一定量双氧水（HO）倒入正在搅拌中的四口烧瓶，均匀搅拌5min。

⑶滴加物料：滴加已称量的巯基乙醇（ME）和还原剂（P1）的水溶液，滴加时间2.0h～2.5h，同时滴加已称量的丙烯酸溶液，滴加时间2.0h～2.5h。

⑷中和物料：保温反应1.0h，倒入32%的NaOH 溶液中和至pH=5～7，即得到一种高适应性聚羧酸减水剂PCE-2。

1.3性能测试方法

⑴水泥净浆流动度：按照GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》执行，水泥C：春驰P.O42.5，聚羧酸减水剂折固掺量为0.26%，水灰比为0.29。

⑵混凝土性能：按照GB 8076-2008《混凝土外加剂》执行，测试拌合混凝土的初始坍落度与扩展度、1h坍落度与扩展度、硬化混凝土的抗压强度。

2 实验结果与讨论

2.1起始温度的试验研究

在不改变其它试验参数条件下，仅通过起始温度变化试验研究合成聚羧酸减水剂的净浆流动度情况，结果如图1所示。试验结果表明，起始温度在25℃～45℃范围内，合成聚羧酸减水剂净浆流动度最大，起始温度低于25℃或高于45℃时，合成聚羧酸减水剂净浆流动度下降，故最佳起始温度范围为25℃～45℃。

图1 起始温度试验研究

2.2滴加时间的试验研究

在不改变其它试验参数条件下，仅通过滴加时间变化试验研究合成聚羧酸减水剂的净浆流动度情况，结果如图2所示。试验结果表明，滴加时间在2.0h～2.5h范围内，合成聚羧酸减水剂净浆流动度最大，滴加时间小于2.0h 或大于2.5h 时，合成聚羧酸减水剂净浆流动度下降，故最佳滴加时间范围为2.0h～2.5h。

图2 滴加时间的试验研究

2.3链转移剂ME的试验研究

在不改变其它试验参数条件下，仅通过链转移剂ME 用量变化试验研究合成聚羧酸减水剂的净浆流动度情况，结果如图3 所示。试验结果表明，链转移剂ME 用量在HPEG 的0.65%～0.75%范围内，合成聚羧酸减水剂净浆流动度最大，链转移剂ME 用量小于HPEG 的0.65%或大于0.75%时，合成聚羧酸减水剂净浆流动度下降，故最佳链转移剂ME用量范围为HPEG的0.65%～0.75%。

图3 链转移剂ME的试验研究

2.4小单体AA的试验研究

在不改变其它试验参数条件下，仅通过小单体AA用量变化试验研究合成聚羧酸减水剂的净浆流动度情况，结果如图4 所示。试验结果表明，小单体AA 用量在HPEG 的13%～15%范围内，合成聚羧酸减水剂净浆流动度最大，小单体AA 用量小于HPEG 的13%或大于15%时，合成聚羧酸减水剂净浆流动度下降，故小单体AA 最佳用量范围为HPEG的13%～15%。

图4 小单体AA的试验研究

2.5引发剂HO的试验研究

在不改变其它试验参数条件下，仅通过引发剂HO用量变化试验研究合成聚羧酸减水剂的净浆流动度情况，结果如图5 所示。试验结果表明，引发剂HO 用量在HPEG 的0.50%～0.60%范围内，合成聚羧酸减水剂净浆流动度最大，引发剂HO 用量小于HPEG 的0.50%或大于0.60%时，合成聚羧酸减水剂净浆流动度下降，故最佳引发剂HO用量范围为HPEG的0.50%～0.60%。

图5 引发剂HO的试验研究

2.6引发剂P1的试验研究

在不改变其它试验参数条件下，仅通过引发剂P1用量变化试验研究合成聚羧酸减水剂的净浆流动度情况，结果如图6 所示。试验结果表明，引发剂P1 用量在HPEG 的0.15%～0.25%范围内，合成聚羧酸减水剂净浆流动度最大，引发剂P1 用量小于HPEG 的0.15%或大于0.25%时，合成聚羧酸减水剂净浆流动度下降，因此最佳引发剂P1范围为HPEG的0.15%～0.25%。

图6 引发剂P1的试验研究

2.7混凝土性能测试

试验采用C30 拌合，混凝土配合比为：C（水泥）:S1（河砂）:G1（石子）:W（水）=360:816:1039:175，将合成的高适应性聚羧酸减水剂PCE-2 和市面上同类聚羧酸减水剂产品PCE，均与保坍剂PCE-1 和助剂H 复配,外加剂配方见表1，在等掺量下进行混凝土性能对比测试，试验结果见表2。

表1 外加剂配方

从表2 可知：在同等用量的情况下，PCE-2 与PCE 相比，混凝土初始坍落度及扩展度相当、1h 混凝土初始坍落度及扩展度好于PCE，且混凝土和易性较好。由此可见，PCE-2 具有减水率高、保坍性能好、和易性较好等优点，且3d、7d和28d的强度更高。

表2 混凝土测试结果

3 结论

以烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、丙烯酸（AA）为单体，还原剂（P1）/双氧水（HO）为引发剂，巯基乙醇（ME）为链转移剂，合成了一种高适应性聚羧酸减水剂PCE-2并对该产品进行性能研究，通过试验得到如下结论：

⑴高适应性聚羧酸减水剂的最佳工艺为：起始温度为25℃～45℃，小单体AA 用量为HPEG 的13%～15%，引发剂P1 的用量为HPEG 的0.15%～0.25%，链转移剂ME用量为HPEG的0.65%～0.75%，引发剂HO用量为HPEG的0.50%～0.60%，共聚反应时间为2.0h～2.5h，保温反应1h。

⑵采用最佳工艺合成的高适应性聚羧酸减水剂综合性能优异，具有减水率高、和易性好、保坍性能好等优点。