高减水型改性醚类聚羧酸减水剂的试验研究

陈超，廖声金，郎春林

（长沙加美乐素化工有限公司，湖南 长沙410000）

0 引言

聚羧酸减水剂作为新一代的减水剂产品，与传统萘系相比具有掺量低、减水率高、保坍性好、引气适中等特点，目前市场占有率正逐步增加。本文以丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、改性聚醚等原料合成了一种高减水型聚羧酸减水剂，该产品较市面上聚羧酸减水剂产品减水率更高，性价比优异。

1 实验部分

1.1 原材料及仪器

改性聚醚（TPEG），工业级；丙烯酸（AA），工业级；甲基丙烯磺酸钠（MAS），工业级；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS），工业级；恒温水浴锅；恒流泵；搅拌器；四口烧瓶等。

1.2 减水剂的合成

AMPS 与MAS 投入备好底水的四口烧瓶中于一定温度下加入活性剂聚合，一定时间后加入改性聚醚于四口烧瓶中，于一定温度下搅拌溶解，升温至反应温度后投入一定量的引发剂，并滴加AA 与分子量调节剂。滴加完成后保温1h 老化，反应结束，于50℃下加入液碱中和至中性。

1.3 减水剂性能测试

（1）水泥净浆流动度测试及胶砂流动度测试，参见GB/T 8077-2000《混凝土外加剂匀质性实验方法》进行实验。

（2）混凝土性能测试，参见GB 8076-2008《混凝土外加剂》进行实验。

2 结果与讨论

2.1 水泥净浆流动度实验

表1为萘系与市售聚羧酸减水剂与本工艺合成品的水泥净浆流动度对比实验，其中本实验所采用的水泥为中材P·O42.5水泥。

表1 水泥净浆流动度对比实验

表1可以看出，萘系减水剂掺量大，且流动性随时间延长而减小；市面对比产品相较萘系减水剂的水泥净浆流动度有很大提高，但本工艺合成品净浆流动度较前两种样品均有提升，且60 分钟后仍略有增加。

2.2 胶砂流动度对比试验

表2为萘系与市售聚羧酸减水剂与本工艺合成品的胶砂流动度对比实验，其中本实验所采用的水泥为中材P·O42.5 水泥，基准砂。

表2 胶砂流动度对比实验

由表2可以看出萘系减水剂胶砂流动度初期不大且损失很快，经过一小时后已经没有流动度；市售聚羧酸减水剂有较高的减水率且经时损失均匀，在一小时后仍有一定流动度；本工艺合成减水剂减水率有所提高，且一小时后比市面的聚羧酸减水剂略高。

2.3 混凝土减水率及强度实验

表3为萘系减水剂与市售减水剂及本工艺合成品的减水率对比实验，混凝土配合比为C 290 ：F 60 ：G 1085 ：S 785 ：W 165。

表3 混凝土减水率及抗压强度对比实验

本实验采用材料分别为中材P·O42.5 水泥、河砂、卵石，矿物掺合料包括粉煤灰、矿粉等。由表3可见本工艺合成品减水率明显高于萘系及市售产品，性能优异。

2.4 混凝土坍落度损失对比实验

表4为萘系减水剂与市售减水剂及本工艺合成品的减水率对比实验，混凝土配合比为C 290 ：F 60 ：G 1085 ：S 785 ：W 165。由表4可见本工艺合成的减水剂坍落度损失与市面减水剂相差不大。

表4 混凝土坍落度损失对比实验

3 合成背景及作用机理分析

研究表明，聚羧酸减水剂是一种分子结构为梳型、可由带羧酸盐基 （—COOH）、磺酸盐基（—SO3）、聚氧乙烯侧链基（PEO）的单体以一定的比例在水溶液中聚合所得的产物。其特点是主链为带多个极性较强基团疏水性短主链，侧链带较多亲水性基团的长侧链。现今研究中也多采用MAS、AMPS 等制备聚羧酸减水剂。然此方法多见于单体为聚醚APEG 及MPEGMA中，在改性聚醚中并不常见。本合成研究表明，在现今主流产品TPEG 中加入一定比例的MAS、AMPS，并佐以一定的反应方式下，合成的改性醚类聚羧酸减水剂具有较高的减水效果及较小的坍落度损失，在当今市场应用中体现出很高的优势。

分析其作用机理如下：磺酸基为带有负电的活性基团，在与水泥颗粒作用时能包裹于水泥颗粒表面，起到静电排斥的作用，使水泥颗粒分散开来，从而提高分散性；AMPS 本身带有磺酸基且易形成长侧链提供空间位阻作用，有利于水泥颗粒之间的隔离；同时改性聚醚本身优越的减水与保坍性及较高的反应活性，使得几种发挥减水作用的基团的性能得以体现；通过两步聚合，即先合成长侧链的方式，使得侧链的长度及稳定性更能满足性能需求的同时，提高了转化率。由以上几种因素共同促进了本合成减水剂减水率的较大提升。

4 总结与结论

实验表明本工艺合成的聚羧酸减水剂具有较高的减水率，相比萘系及市售聚羧酸减水剂具有较大的优越性，在净浆、砂浆及混凝土中都有很好的体现，且本工艺合成品坍落度损失不大，性价比优异。

5 展望

聚羧酸减水剂作为现今发展前沿的减水剂品种，其合成路线的研究有着广阔的背景。学者可尝试不同途径及方法开发出具有特色的减水剂产品，以满足现在日益高涨的市场需求。冬季温度较低，萘系减水剂因为其结晶问题将逐渐淡出冬季市场，聚羧酸减水剂将广泛应用。但是聚羧酸减水剂因为羧基的缓凝效果，在冬季应用存在着凝结时间等一些列问题，同时成本问题也不可忽视，这些都将成为研究方向得以突破。