低泡型聚羧酸减水剂的制备及性能研究

邓 磊 蒋 禹 刁立柱 沈建荣 罗小峰

（贵州科之杰新材料有限公司，贵州 龙里 551206）

随着高性能混凝土技术的发展，特别是我国高速铁路和高速公路事业的发展，今后混凝土不但性能要求高，而且必须向着绿色的、与环境和谐相处的可持续发展方向发展。通常，衡量一个工程的优劣，不仅要考虑其安全性、经济性和实用性，对美观性的要求也越来越高[1]。特别是影响结构外观质量的气泡问题。混凝土中的气泡，它无法完全被消除，人们通常采用各种方法，如使用消泡剂“先消后引”[2]等来降低它存在的几率。尤其，掺聚羧酸减水剂的气泡问题尤为严重。因此，开发一种低泡型聚羧酸减水剂对于实际工程应用具有重要意义。

图1 聚合物的理想结构式

采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)、丙烯酸(AA)、聚丙二醇双丙烯酸酯(PPD400DA)为原料，在引发剂作用下，以较低温度(40-45℃)自由基聚合。合成的聚羧酸高分子为双链结构（图1），该双链结构在混凝土碱性环境中，经搅拌分解除具有消泡作用的聚丙二醇，极大的消除了混凝土的表观气泡量。

1 实 验

1.1 样品的合成

合成底料的准备:

向装有搅拌器的四口瓶中加入一定量的去离子水，双氧水溶液(27%)，聚醚(HPEG)，，40～45℃下搅拌。

滴加小料的准备：

A料：丙烯酸(AA)，一定量聚丙二醇双丙烯酸酯(PPD400DA)和水的混合溶液；

B料：巯基乙酸，Vc和水的混合溶液冷；

A料3h滴加完，B料3h10min滴加完。滴加完成后，恒温反应1.5h， 即得低泡型聚羧酸减水剂母液(即本产品Point-S)。

1.2 水泥净浆和混凝土性能的测定

水泥选用西南P.O 42.5水泥；砂石材料为贵州本地机制砂石，细度模数2.8～3.1；5～25mm连续级配碎石；按照GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中的规定测定水泥净浆流动度。其中水灰比为0.29，减水剂掺量为0.12%。将样品配制成固含量为8.0%的外加剂溶液，参照GB 8076-2008《混凝土外加剂》进行C30混凝土性能实验，混凝土配比见表1。

表1 混凝土试验配合比(Kg/m3)

2 结果与讨论

2.1 水泥净浆流动度的影响

采用贵州本地厂家生产的减水剂JS-LZY作标样，小试样品Point-S作参比样，西南P.O 42.5水泥，做水泥净浆实验。以净浆流动度来初步判断两者减水率的大小，具体结果见表2所示。

表2 水泥净浆对比试验

表2为未掺减水剂的空白样、JS-LZY和Point-S的水泥净浆实验结果。由表2可得：掺入减水剂后，水泥净浆初始流动度明显增加。其中掺加Point-S的净浆初始略大于掺JS-LZY的净浆流动度，60min后流动度两者损失均较小。从净浆结果上看，小试Point-S的减水率率大于市售JS-LZY。

2.2 混凝土性能测试

从表3可看出，掺聚羧酸减水剂的混凝土试样其初始、经时1h的坍落度、扩展度、混凝土试块强度及凝结时间均优于空白样品，但含气量增加，容重略小；小试合成样品Point-S减水率大于JS-LZY；掺标样JS-LZY的容重比掺Point-S的混凝土容重约小15Kg/m3；掺Point-S的混凝土试样各龄期的抗压强度均大于标样JS-LZY；凝结时间相同。通过混凝土试验进一步确认了本产品Point-S的减水率优于市售JS-LZY，更为重要的是该产品混凝土和易性较好，混凝土表观有害气泡少。

图2 掺Point-S的混凝土图片

表3 混凝土测试结果

图3 掺JS-LZY的混凝土图片

从图2和图3可看出掺Point-S的混凝土流动性比掺JS-LZY的大，混凝土表面浆体较饱满，和易性好，有害气泡少。

图4 掺Point-S的混凝土图片

图5 掺JS-LZY的混凝土图片

从图4和图5可明显看出掺Point-S的混凝土试块表面较平整密实，无有害大气泡；掺JS-LZY的混凝土试块表面有较多大气孔，极大的影响了混凝土强度，与掺Point-S的混凝土强度相比约小4MPa。

2.3 聚羧酸减水剂结构表征

2.3.1 GPC分析

小试样品Point-S数均分子量Mn较某市售JS-LZY高(表4)，宽度分布指数(PDI)较JS-LZY窄，转化率与市售JS-LZY接近，高达92.60%。

表4 减水剂GPC数据对比

2.3.2 红外光谱分析

图6 本产品Point-S的红外光谱测试图

合成的低泡坍型聚羧酸减水剂Point-S的红外光谱如图1所示。其光谱解析如下：

不对称伸缩振动吸收峰VOH:3100cm-1～3680cm-1，羧酸盐中羰基 VC=O:1645cm-1，酯基羰基VC=O:1730cm-1，亚甲基和次甲基的伸缩振动吸收峰VCH,CH2:2875cm-1，1450cm-1，1355cm-1为， 醚 键V-O-:1115cm-1，这些特征吸收峰表明了该聚合物种各官能团的存在。

3 结 语

1)本文采用甲基烯丙基聚氧乙烯基醚(HPEG)、丙烯酸(AA)、聚丙二醇双丙烯酸酯(PPD400DA)为原料，在引发剂作用下，以较低温度(40～45℃)合成一种低泡型聚羧酸减水剂。该减水剂具有减水率高，混凝土和易性好，混凝土拌合物有害气泡少等优点。

2)该合成样品中使用了一种特殊的酯类小单体，即聚丙二醇双丙烯酸酯，所合成的聚合物为双链结构，在混凝土碱性环境下，双链断裂释放出具有消泡作用的聚丙二醇而达到消泡的目的。

3)从GPC可看出其分子量较大，反应转化率高。红外光谱测定，可得出合成样品具有聚氧乙烯基、羟基、羧基及酯基等官能团。

[1]白玉贵.浅谈如何解决掺有聚羧酸减水剂的混凝土表面气泡问题.水泥与混凝土,2011(6):10-11.

[2]郝刚.“先消后引”工艺控制聚羧酸减水剂气泡质量的试验研究.建材技术与应用,2007:7-8.