一種新型聚羧酸系高性能減水劑的合成及性能

1、 一種新型聚羧酸系高性能減水劑的合成及性能摘要： 本文介紹了一種聚羧酸系高性能減水劑的合成工藝，并進(jìn)行了水泥混凝土性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：此工藝合成的減水劑質(zhì)量穩(wěn)定，堿含量低，幾乎無(wú)氯離子，具有高減水率，折干摻量0.20%減水率可達(dá)30%。工藝操作簡(jiǎn)單，尤其適宜于工業(yè)化大生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：聚羧酸系高性能減水劑混凝土 減水率前言近年來(lái)，我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)如高鐵、公路、機(jī)場(chǎng)、大壩、市政工程等一直保持高速增長(zhǎng)，同時(shí)也推動(dòng)了混凝土外加劑技術(shù)的飛速發(fā)展。混凝土外加劑的發(fā)展大致可分以下幾個(gè)階段：第一階段是起步階段，以普通減水劑木質(zhì)素為代表；第二階段以萘系高效減水劑為代表的發(fā)展階段，涌現(xiàn)了三聚氰胺、氨基磺酸鹽系、脂

2、肪族減水劑等多種減水劑；第三階段即現(xiàn)階段，是混凝土外加劑走向高科技領(lǐng)域的階段，以聚羧酸系高性能減水劑為主要代表。自20世紀(jì)80年代后期，歐美等國(guó)家開始對(duì)聚羧酸系減水劑進(jìn)行研究開發(fā)，并于90年代中期開始推廣應(yīng)用，其中日本推廣比較成功。與傳統(tǒng)的減水劑相比它具有摻量少、減水率高、堿含量低、強(qiáng)度增加大、塌落度損失小、環(huán)境友好等特點(diǎn)。同時(shí)，萘資源的緊缺 、工業(yè)萘價(jià)格的不斷上漲、萘系減水劑生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、環(huán)境污染等問(wèn)題日益突出，也使聚羧酸系減水劑的應(yīng)用勢(shì)在必行。它必將代替萘系減水劑，成為主流產(chǎn)品。本文介紹的聚羧酸系減水劑生產(chǎn)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，所有原料基本全部轉(zhuǎn)化為減水劑，不需要分離提純，無(wú)三廢排放，所合成的減水

3、劑質(zhì)量穩(wěn)定，非常適合工業(yè)化生產(chǎn)。1聚羧酸系減水劑的作用機(jī)理混凝土中摻入減水劑后，可在保持流動(dòng)性的條件下顯著地降低水灰比。減水劑產(chǎn)生減水的效果主要是由于混凝土對(duì)減水劑的吸附和分散作用。而減水劑實(shí)際上就是一種使水泥粒子高度分散并使分散體系穩(wěn)定的表面活性劑，分散效果越好，體系越穩(wěn)定，減水效果越好，其混凝土的性能就越好。而水泥粒子的分散穩(wěn)定性又取決于吸附表面的活性劑的靜電斥力和立體穩(wěn)定效應(yīng)。據(jù)dlvo理論，水泥在水溶液中醚鍵的氧與水分子反應(yīng)形成強(qiáng)力的氫鍵，并形成親水保護(hù)膜，據(jù)分析立體保護(hù)膜提供了分散穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的減水劑在被水泥顆粒表面吸附后呈剛性鏈平臥吸附狀態(tài)，立體穩(wěn)定效應(yīng)沒有發(fā)揮出來(lái)。而聚羧酸系減水

4、劑一方面由于-cooh、so3負(fù)離子提供靜電斥力，另一方面聚羧酸系減水劑分子結(jié)構(gòu)中醚鍵與水分子形成氫鍵，從而形成親水性立體保護(hù)膜，該保護(hù)膜既有分散性又提供了水泥粒子的分散穩(wěn)定性，因此聚羧酸系減水劑在低水灰比條件下能夠更好的保持混凝土的工作性能及坍落度 。2試驗(yàn)2.1合成原料：聚乙二醇（分子量1000）、引發(fā)劑、阻聚劑、甲基丙烯酸、丙烯酸羥丙酯、催化劑、自制a料和b料。2.2儀器設(shè)備：電子稱、分析天平、電熱套、磁力攪拌器、溫度管、燒杯、恒溫水浴鍋 、水泥凈漿攪拌機(jī)、60l單臥軸式強(qiáng)制攪拌機(jī)等。2.3試驗(yàn)原料：鼎鑫普通硅酸鹽水泥、曲寨普通硅酸鹽水泥、正定河砂、鹿泉人工碎石2.4合成步驟大單體的合成

5、：稱取定量的溶融的聚乙二醇、催化劑和阻聚劑在100120下進(jìn)行酯化反應(yīng)，時(shí)間約2個(gè)小時(shí)，測(cè)定酯化率合格后，反應(yīng)結(jié)束。減水劑的合成：將定量的大單體和甲基丙烯酸、丙烯酸羥丙酯等按比例混合，加入助劑a料和b料在水溶液中聚合，時(shí)間約為5小時(shí)，然后用濃度為32%的液堿中和至 ph值6-7即得。2.5水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)試驗(yàn)參照gb8077-2000混凝土外加劑勻質(zhì)性實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行，稱取水泥300g，水87g，外加劑摻量為0.20%時(shí)測(cè)定摻不同羧酸減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度，并以此作為表征其性能的參數(shù)。2.6混凝土減水率試驗(yàn)減水率測(cè)試按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb8076-2008混凝土外加劑測(cè)試坍落度損失。2.7 凝結(jié)時(shí)間的測(cè)

6、定參照gb/t1346-2001水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢測(cè)方法測(cè)定水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間。3結(jié)果與討論3.1減水劑的勻質(zhì)性指標(biāo)按照國(guó)標(biāo)gb8077-2000混凝土外加劑勻質(zhì)性實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)所合成的減水劑勻質(zhì)性項(xiàng)目指標(biāo).見表1.表1 聚羧酸系減水劑勻質(zhì)性指標(biāo)由勻質(zhì)性指標(biāo)可知，所合成的減水劑氯離子幾乎沒有，堿含量也比較低，完全符合混凝土配制的要求。3.2水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)分別用鼎新水泥p.042.5和曲寨水泥p.042.5兩種不同品牌的水泥，用本試驗(yàn)羧酸（代號(hào)為a）和某品牌羧酸減水劑在三個(gè)不同摻量（摻量以固體計(jì)）下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。見表2表2水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)情況從上表可以看出，a 羧酸系減水劑

7、對(duì)不同品牌的水泥適應(yīng)性較好，在摻量允許范圍內(nèi)隨著摻量增加，凈漿流動(dòng)度逐漸增大，且狀態(tài)良好。與同類羧酸減水劑相比性能也具有一定的優(yōu)越性。但從經(jīng)濟(jì)角度講，推薦摻量為0.20%。3.3不同摻量的減水率試驗(yàn)情況本實(shí)驗(yàn)采用鼎新水泥p.042.5和基準(zhǔn)水泥p.042.5 兩種水泥分別進(jìn)行測(cè)試，且分別采用0.12%、0.16%、0.20%三個(gè)不同的摻量予以確定。 結(jié)果見表3。表3a羧酸減水劑減水率情況表從上表可以看出a羧酸減水劑的減水率隨著摻量的增加明顯的增大，而且其在摻量較低時(shí)仍具有很高的減水率。3.4混凝土性能試驗(yàn)情況本實(shí)驗(yàn)采用鼎新水泥p.042.5 為試驗(yàn)水泥，比較本試驗(yàn)羧酸（代號(hào)a）和某品牌羧酸在相

8、同摻量0.20%下的混凝土性能。詳見表4表4不同羧酸的混凝土性能試驗(yàn)表從上表可以看出，a羧酸減水劑所表現(xiàn)出的性能指標(biāo)均符合gb8076-2008標(biāo)準(zhǔn)要求，且在同摻量下性能指標(biāo)優(yōu)于某品牌羧酸產(chǎn)品，所表現(xiàn)出的高減水率和增強(qiáng)性有利于配制高標(biāo)號(hào)或大坍落度要求的混凝土。4結(jié)論：用聚乙二醇、催化劑和阻聚劑、甲基丙烯酸、丙烯酸羥丙酯等原料兩步合成出性能優(yōu)異、質(zhì)量穩(wěn)定的聚羧酸系高性能減水劑。本工藝生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑堿含量小于1.5%，且基本不含氯離子，無(wú)毒，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，屬綠色環(huán)保產(chǎn)品。本工藝生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑具有較高的減水率，適于配制商品混凝土、泵送混凝土、高強(qiáng)高性能混凝土等。參考文獻(xiàn)1郭延輝等.聚羧酸高性能減水劑及其應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和我們的任務(wù).聚羧酸系高性能減水劑及其應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2005.82姜國(guó)慶.日本高性能ae減水劑的研究進(jìn)程及應(yīng)用現(xiàn)狀