缓凝型聚羧酸系高性能减水剂合成研究

任元军，曹玉林，张永东，孟庆全，李智涵，李岗

（淄博海特曼新材料科技有限公司，山东淄博　255000）

缓凝型聚羧酸系高性能减水剂合成研究

任元军，曹玉林，张永东，孟庆全，李智涵，李岗

（淄博海特曼新材料科技有限公司，山东淄博255000）

夏季混凝土施工和大体积混凝土需要较长的凝结时间。研究了以不同分子质量的大单体烯丙基聚氧乙烯醚（APEG）、丙烯酸（AA）、顺丁烯二酸（MA）和缓凝型单体（GA）合成缓凝型聚羧酸系减水剂，确定了合成产品的最佳工艺条件为：n（APEG1200）∶n（AA）∶n（MA）∶n（GA）＝1.0∶0.5∶2.0∶0.5；采用引发剂过硫酸铵［（NH4）2S2O8］用量为单体总质量的2.0%。与市场上的同类产品相比，合成的缓凝型聚羧酸系减水剂具有明显的缓凝作用。

聚羧酸系减水剂；凝结时间；缓凝型

0　引言

聚羧酸系减水剂具有减水率高、保坍效果好、低碳、绿色环保等优点，已成为行业的研究热点［1-3］。虽然聚羧酸系减水剂具有一定的缓凝作用，但效果较弱，尤其在夏季或大体积混凝土施工时，仍达不到使用要求［4］。目前主要通过在聚羧酸系减水剂中复配缓凝组分的方法，来延长混凝土凝结时间，以保证混凝土的正常施工［5］，但在实际应用中存在掺量大、成本高和两者相容性差等问题。而通过普通合成方法制备的缓凝型聚羧酸减水剂的效果往往也不理想［6］。

通过不同分子质量的烯丙基聚乙二醇、顺丁烯二酸和缓凝单体的共聚反应，旨在合成一种具有明显缓凝作用的聚羧酸系减水剂。这不仅有利于研究开发功能性聚羧酸系减水剂，而且对于聚羧酸系减水剂的推广和应用都有一定的参考价值。

1　实验

1.1原材料

相对分子质量分别为1200、2400、5000的烯丙基聚氧乙烯醚（APEG1200、APEG2400、APEG5000）：工业级，辽宁奥克化学股份有限公司；顺丁烯二酸（MA），分析纯，北京华迈科生物技术有限责任公司；葡萄糖丙烯酸酯（GA）缓凝单体：自制；丙烯酸（AA）：工业级，北京东方丙烯酸公司；过硫酸铵：分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司。

1.2减水剂的合成

向反应瓶中加入一定量的APEG、MA和去离子水，升温至80℃后，开始滴加共聚单体溶液A料和引发剂溶液B料。A料由AA、GA和一定量的水组成，约3.0 h滴加完；B料由（NH4）2S2O8和一定量的水组成，约3.5 h加完。B料加完后，继续在该温度下保温1.0 h，降温，加碱调节溶液pH值=7左右即为产品。

1.3性能测试方法

水泥净浆流动度按GB/T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试，水泥为基准水泥，W/C=0.29，减水剂掺量为0.12%（折固计）。

混凝土性能、凝结时间和抗压强度按GB/T 8076—2008《混凝土外加剂》进行测试。水泥为基准水泥；砂为Ⅱ区中砂，细度模数2.7；石子为5～20 mm碎石，其中5～10 mm占40%，10～20 mm占60%。砂率为45%，减水剂掺量为胶凝材料用量的0.30%（折固计）。

2　结果与讨论

2.1缓凝单体GA用量对合成减水剂性能的影响

在老年人决定加入该养老机构之前，应当充分了解老年人的诉求，对于不同年龄段的老年人入住有不同的方案，一般情况下高龄老年人都是在养老机构照料中过世的，应此在医养结合养老建筑社区中应当加强对养老设施软件配置。针对高龄老年人不仅要配备护士、医生还应当配备相对应的护工，每50位老人之间应当配备20名护工，10名护士、5名医生，这样才能够为老年人提供优质的服务。部分老年人可能伴有突发疾病，为了避免老年人突发疾病而医生护士却不能及时获知的情况，养老机构应当接有通讯设备，通讯设备应当涵盖到每个进入养老社区的通道，当老年人有紧急需求时，可以通过通讯设备呼叫医生或护士。

在引发剂（NH4）2S2O8用量为单体总质量的3.0%，n（APEG 2400）∶n（AA）∶n（MA）=1.0∶0.5∶2.5的条件下，考察了GA用量对缓凝型聚羧酸系减水剂性能的影响，结果见图1。

图1　GA用量对合成减水剂性能的影响

从图1可以看出，掺减水剂混凝土的终凝时间随GA用量的增大而呈现出显著延长的趋势，表明GA单体对延长混凝土的凝结时间有显著的作用。当n（GA）∶n（APEG2400）=0.5时，混凝土的终凝时间比不加GA的混凝土凝结时间延长6 h左右；掺减水剂水泥净浆的初始流动度和1 h保持性也较理想。

2.2APEG分子质量对合成减水剂性能的影响

在引发剂（NH4）2S2O8用量为单体总质量的3.0%，n（APEG）∶n（AA）∶n（MA）∶n（GA）=1.0∶0.5∶2.5∶0.5的条件下，考察APEG分子质量对合成缓凝型聚羧酸减水剂性能的影响，结果见图2。

图2　APEG分子质量对合成减水剂性能的影响

从图2可以看出，掺减水剂混凝土的终凝时间随APEG分子质量的增大而缩短。当APEG的相对分子质量为1200时，混凝土的终凝时间最长。这是因为APEG的分子质量越大，合成减水剂分子结构中侧链越长，凝结时间缩短［7］。考虑到掺减水剂水泥净浆流动度和流动度保持性，选择相对分子质量为1200的APEG为大单体原材料。

2.3MA用量对合成减水剂性能的影响

在引发剂（NH4）2S2O8用量为单体总质量的3.0%，n（APEG 1200）∶n（AA）∶n（GA）=1.0∶0.5∶0.5的条件下，考察MA用量对缓凝型聚羧酸系减水剂性能的影响，结果见图3。

2.4引发剂用量对合成减水剂性能的影响

在n（APEG1200）∶n（AA）∶n（MA）∶n（GA）=1.0∶0.5∶2.0∶0.5条件下，考察引发剂（NH4）2S2O8用量对合成缓凝型聚羧酸减水剂性能的影响，结果见图4。

图4　（NH4）2S2O8用量对合成减水剂性能的影响

从图4可以看出，随着（NH4）2S2O8用量的增大，掺减水剂混凝土的终凝时间变化较小；掺减水剂水泥净浆的初始和1 h流动度达到最大值后又变小。当（NH4）2S2O8用量为单体总质量的2.0%时，减水剂性能最佳。

2.5混凝土应用性能测试

在n（APEG1200）∶n（AA）∶n（MA）∶n（GA）=1.0∶0.5∶2.0∶0.5，引发剂（NH4）2S2O8用量为单体总质量2.0%的条件下，合成缓凝型聚羧酸系减水剂，并与市售同类产品进行比较，混凝土应用性能测试结果见表1。

表1　合成缓凝型聚羧酸减水剂与市售同类产品性能比较

从表1可以看出，本研究合成的缓凝型聚羧酸系减水剂性能明显优于市售同类产品，且具有较佳的混凝土工作性和增强效果。

3　结论

（1）合成的缓凝型聚羧酸系减水剂的最佳配比为：n（APEG 1200）∶n（AA）∶n（MA）∶n（GA）＝1.0∶0.5∶2.0∶0.5，引发剂（NH4）2S2O8用量为单体总质量的2.0%。

（2）按最佳配比合成的缓凝型聚羧酸系减水剂能改善混凝土的工作性，具有较好的增强效果，并能显著延长混凝土的凝结时间，性能优于市售同类聚羧酸系减水剂产品。

［1］李崇智，李永德，冯乃谦.聚羧酸盐系高性能减水剂的研制及其性能［J］.混凝土与水泥制品，2002（2）：3-6.

［2］Hulusi Ozkul M.The utilization of beet molasses as a retarding and water-reducing admixture for concrete［J］.Cement and Concrete Research，2005，35（5）：874-882.

［3］Kavas T，Olgun A，Erdogan Y.Setting and hardening of borogypsum-Portland cement clinker-fly ash blends.Studies on effects of molasses on properties of mortar containing borogypsum［J］. Cement and Concrete Research，2005，35（4）：711-718.

［4］葛兆明.混凝土外加剂［M］.北京：化学工业出版社，2005：31-34，189-200.

［5］刘尊明，逄鲁峰.聚羧酸高效减水剂与缓凝剂的复配研究［J］.混凝土，2009（12）：52-53.

［6］马保国，李亮，谭洪波，等.缓凝型聚羧酸减水剂的研究［J］.化学建材，2008，24（4）：49-51.

［7］李亮，马保国，谭洪波，等.聚羧酸减水剂侧链结构对水泥水化影响规律研究［J］.新型建筑材料，2009（2）：6-8.

Research on synthesis of a set-retarding type polycarboxylate superplasticizer

REN Yuanjun，CAO Yulin，ZHANG Yongdong，MENG Qingquan，LI Zhihan，LI Gang
（Zibo Hitecmen New Material&Technology Co.Ltd.，Zibo 255000，Shandong，China）

The construction of the concrete in summer and the mass concrete need a long setting time.A set retarding-type polycarboxylate superplasticizer was synthesized by different molecular macro-monomer APEG，AA，MA and a set retarding-type monomer（GA）.The experiment results showed that the copolymer had a significant set retarding property when the molar ratio of APEG，AA，MA and GA was 1.0∶0.5∶2.0∶0.5.The initiator agent used was（NH4）2S2O8，which amount was 2.0%of the total monomers. Compared with the like product in the market，the copolymer had an excellent property.

polycarboxylate superplasticizer，setting time，set retarding-type

TU528.042.2

A

1001-702X（2015）09-0012-03

2015-03-20；

2015-05-04

任元军，男，1987年生，山东淄博人，助理工程师，从事混凝土外加剂研究工作。