超早强型聚羧酸减水剂的合成及性能研究

杨水荣 袁荣辉（广东博众建材科技发展有限公司，广东 清远 511500）

超早强型聚羧酸减水剂的合成及性能研究

杨水荣 袁荣辉（广东博众建材科技发展有限公司，广东 清远 511500）

通过将丙烯酸与甲基丙烯磺酸钠两类不同分子量的TPEG在水溶液中利用自由基进行反应，合成了具有早强性能的聚羧酸减水剂。对该减水剂的性能进行了测试实验。实验结果证明该减水剂有着非常好的减水效果,能有效提升混凝土的早期强度,适用于配制高性能混凝土。

早强型聚羧酸减水剂；合成；性能

聚羧酸系减水剂是当前较为新型的减水剂,具有以下优点，减水率高、收缩性小、适应性好、提升效果明显等。而且在其生产中并不需要加入甲醛，不会排放废液，所以对生态环境损害较小，现已被大量使用到市政、港口等工程建设中。

随着科技水平的提高，我国生产制造的产品与国际上的发达国家相比已越来越接近,但在早强型的聚羧酸系减水剂领域,还有一定差距，这对我国经济发展、城市建设非常不利。而近些年，我国的大型建设工程不断，对预制混凝土的使用极为渴求，所以，对早强型聚羧酸减水剂的研究迫在眉睫。

因为聚羧酸系减水剂的减水率较好,能够有效减少胶凝材料的使用,进而增强混凝土的弹性、减弱收缩裂变的可能。此外,预制混凝土还需要具有一定的早期强度发展速率,以改善模板周转率,或适合于低温环境下的使用,将其生产周期延伸到寒冷季节。而高强混凝土管桩是近段时间发展迅速、使用范围较广的产品，其有着以下优势，强度较高、承载力较强、应用方便等，已在许多领域应用。对于其生产来讲,更是想要减少某些蒸养环节,以达成零能耗。因为其自身特点，就需要一类粘性效果佳、早强、应用稳定的减水剂。

文中应用水溶液聚合法,将丙烯酸与甲基丙烯磺酸钠两类不同分子量的TPEG在水溶液中利用自由基进行反应，合成了具有早强性能的聚羧酸减水剂,并对其性能进行了测试实验。

1 实验环节

（1）所需原材料及仪器

本文实验所需材料有:聚氧丙烯醚TPEG-1；聚丙烯醚TPEG-2；丙烯酸(AA)；甲基丙烯磺酸钠(SMAS)；过硫酸铵（APS）；乙二胺溶液；去离子水等。

所需仪器有:搅拌器、四口瓶、温度计、回流管等。

（2）早强聚羧酸减水剂的合成方法

在四口瓶中放置TPEG、一定量的水,升高温度到标准数值，放入SMAS，进行搅拌之后，加入AA、引发剂,等加入好之后,反应到目标时刻后不再加热；放入中和制剂,将pH值中和至7.0。

（3）性能试验

净浆与混凝土试验材料：在这里应用的是冀东P·O42.5普通硅酸盐水泥。使用S95矿渣粉与II级粉煤灰作为掺合料。使用河砂作为细集料；使用配碎石为粗集料。聚羧酸系减水剂包括，Sika公司的20HE,自制早强型聚羧酸减水剂PC1、通用聚羧酸减水剂PC2。水是自来水。

水泥净浆流动度的测试：按照规范标准,选取水泥300g,减水剂掺量(折固)0.2%,水87g。

混凝土性能测试：对其的测试,需要掺入1.0%(20%含固量)减水剂后降低用水量,并确保掺减水剂的混凝土与未掺混凝土的坍落度一致(80±10)mm,统计相关的减水率、混凝土的和易性,检测混凝土的抗压性能。

2 讨论

（1）正交实验

在温度、浓度、引发剂、物料投入方法等都一致的情况下，分析单体使用量与聚羧酸减水剂分散性能之间的关系，获得正交设计及测试结果。能够得出,各类材料对加入聚羧酸减水剂的水泥浆体流动性的影响情况为:TPEG大于MAS大于AA。

在聚羧酸减水剂引进PEO侧链,会造成聚羧酸减水剂的阻力反应变大,减水率升高,不过其密度过大也会干扰到大单体的反应特性,使得主链变短,进而影响到减水剂在水泥颗粒表层的吸附性能,水泥拌合物的流动性耗损变大。甲基丙烯磺酸钠的使用会影响到减水剂的分散性,扩大使用有助于提升其分散性,但大于一定水平后,因为其已有的阻聚特性，会造成聚合物的分子量减少，并会引发分散特性的降低。在聚合度为54、47的两类TPEG共同使用情况下,会明显改善减水剂的分散以及保持特性。因为丙烯酸相对活泼一些,对其的使用过多时，会造成聚合物分子量太大而影响到它的分散特性，因此生成高效减水剂的最优比例为，TPEG-1∶TPEG-2∶AA∶MAS=1∶3∶16∶2。

（2）混凝土配合比设计

混凝土的减水率：选用水泥4.5kg，混凝土的配置比例为，水泥∶砂子∶石子=1∶2.19∶3.73，对应加入V20HE-20、PC1和PC2，生成同样坍落度的混凝土（80±10）mm，与基准混凝土比较用水量降低情况来算出对应的减水率。

结果发现，PC-1有着较好的减水率，并且掺量较低。其会有这样好的减水率是与其自身的分子构成相关的，其主链上的羧基官能团、磺酸基官能团形成了极高的吸附力，侧链上的聚氧丙烯基使得减水剂形成的立体位阻性提高，就算水泥粒子表面很快形成水化产物层也难以把类似的侧链、枝链完全覆盖，水泥分子也就很难实现凝聚，因此对水泥粒子有着明显的分散性能。

掺加不同外加剂混凝土早期强度：研究发现，早强聚羧酸减水剂PC-1与西卡V20HE-20相比，其减水率显著要高，掺加PC-1的混凝土与掺加通用型聚羧酸减水剂的PC-2相比，早期强度也有显著提升，不过与西卡V20HE-20相比，早期强度还是低一些。

3 结语

应用水溶液聚合法,将丙烯酸与甲基丙烯磺酸钠两类不同分子量的TPEG在水溶液中进行反应，合成了具有早强性能的聚羧酸减水剂,其减水率比自制通用型减水剂低一些，但要远远高于西卡V20HE-20，不过早强效果稍弱。

[1]孙宁,曹禹,徐朝华,等.早强型聚羧酸系减水剂的制备及性能研究[J].混凝土与水泥制品,2016(8):14-19.

[2]王锦之,温中印,曹建鹏,等.聚羧酸类高效减水剂分子结构类型及改性研究进展[J].高分子通报,2015(2):26-31.