低分子質量mpeg法合成聚羧酸減水劑的研究

低分子質量mpeg法合成聚羧酸減水劑的研究

0酸減水劑的應用由于其高分散性能、廣泛的應用、低坍塌損失和綠色環(huán)保等優(yōu)點，聚脂肪酸抗水劑深受人們的喜愛。但聚羧酸減水劑對砂石料、級配要求高,使得它大多在高標號混凝土中使用,這大大限制了聚羧酸高性能減水劑在低標號混凝土中的推廣應用。為此,研究開發(fā)了應用在低標號混凝土中的聚羧酸高性能減水劑,其對低標號混凝土用含泥量高的砂石料、設計級配要求不高有很好適應性,坍落度保持性和施工性優(yōu)于脂肪族減水劑。1測試1.1主要原材料1.1.1堿的溶液甲基丙烯酸、聚乙二醇單甲醚800、聚乙二醇單甲醚1000、聚乙二醇單甲醚1200、聚乙二醇單甲醚2000、對甲苯磺酸、馬來酸二甲酯、對苯二酚、吩噻嗪、過硫酸銨、巰基丙酸、30%的氫氧化鈉溶液:均為工業(yè)級。1.1.2細砂細砂模數(shù)法水泥:揚子P·O42.5水泥;粉煤灰:Ⅱ級;中砂:細度模數(shù)2.6;細砂:細度模數(shù)1.8;大石子:10~20mm;小石子:5~10mm。1.2主要設備和設備Waters凝膠滲透色譜儀、坍落度測試設備1套、SHB-ⅢS循環(huán)水式多用真空泵、QHJ756B強力恒速攪拌機、5L智能升降油浴鍋。1.3測試方法1.3.1聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯混合物的合成在裝有溫度計、油浴鍋、調速攪拌器、真空裝置的三口燒瓶中加入按配方稱量的聚乙二醇單甲醚、甲基丙烯酸、對甲苯磺酸、對苯二酚、吩噻嗪,于設定的溫度、真空度下反應到最佳時間,然后降溫至50℃出料,即得聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯混合物。1.3.2大單體、基丙酸的制備在裝有溫度計、調速攪拌器、回流冷凝管及滴加裝置的四口燒瓶中,加入配方量的軟水,然后攪拌并水浴加熱至80~83℃,按配方量滴加上述制備的大單體、巰基丙酸組成的水溶液[(180±10)min內滴完],同時滴加引發(fā)劑過硫酸銨水溶液[(210±10)min內滴完]。引發(fā)劑液滴完之后保溫1h,然后降溫至50℃以下,用30%氫氧化鈉溶液調節(jié)pH值至7,即得40%的聚羧酸減水劑。1.3.3性能測試按JC474—2001《混凝土泵送劑》和JG/T223—2007《聚羧酸系高性能減水劑》測試混凝土的性能。2混凝土性能試驗分別進行了MPEG分子質量、馬來酸二甲酯用量、鏈轉移劑用量和過硫酸銨用量對C30混凝土性能影響的試驗。試驗混凝土配合比(kg/m3)為:m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(中砂)∶m(大石子)∶m(小石子)∶m(外加劑)∶m(水)=255∶85∶770∶810∶260∶4.42∶158。2.1混凝土初始擴展度從表1可以看出,低分子質量的MPEG與高分子質量的MPEG相比,摻合成聚羧酸減水劑混凝土的30min坍落度損失小,但摻高分子質量MPEG合成減水劑的混凝土初始擴展度、抗壓強度要比摻低分子質量的大。其原因是,在醇酸質量比相同的情況下,低分子質量MPEG合成的減水劑羧基含量少,被吸附在水泥顆粒表面上的比較慢,所以坍落度經時損失小。又由于低分子質量的MPEG引氣性比高分子質量的MPEG大,所以低分子質量的MPEG強度比高分子質量的MPEG要低。2.2馬來酸二甲酯用量由表2可見,隨著馬來酸二甲酯用量的增加,摻合成聚羧酸減水劑混凝土的30min坍落度、擴展度逐漸增大,且在用量為2.0%、3.0%時,30min擴展度比初始的還大;但在用量為4.0%時,初始、30min坍落度、擴展度又有下降的趨勢。原因是馬來酸二甲酯在強堿性條件下,發(fā)生?；忌系挠H核取代反應,導致甲氧基脫離,形成羧基。而羧基對水泥有分散作用,所以隨著馬來酸二甲酯用量的增加,30min坍落度、擴展度逐漸增大。在用量為4.0%時,馬來酸二甲酯用量的增加,導致減水劑的羧基密度下降,從而在相同用水量的情況下,混凝土初始坍落度、擴展度減小。因此,馬來酸二甲酯用量在3.0%時,混凝土的綜合性能最佳。2.3雙環(huán)合物法性能差從表3可以看出,隨著鏈轉移劑用量增加,摻合成聚羧酸減水劑混凝土的初始以及30min坍落度都先增大后減小,而28d抗壓強度相差不大。鏈轉移劑用量少,減水劑的分子質量偏大,分散性能差,分散保持性不佳;而鏈轉移劑用量過大,則減水劑的分子質量偏小,分散保持性下降。當鏈轉移劑用量為0.70%,混凝土綜合性能最佳。2.4min坍落度測定由表4可以看出,隨著過硫酸銨用量的增加,摻合成聚羧酸減水劑混凝土的初始、30min坍落度隨著增大。這是因為過硫酸銨用量增加,提高了單體的轉化率,主峰面積所占比例增大,使得混凝土的初始和30min坍落度也增大。但過硫酸銨用量大時,混凝土的綜合性能趨于平穩(wěn),所以過硫酸銨用量以1.4%最佳。3混凝土配合比和性能在某混凝土攪拌站對采用本研究合成的聚羧酸減水劑和脂肪族減水劑進行了C20、C25混凝土試驗及成本分析。某攪拌站目前使用的脂肪族減水劑為1800元/t,本研究開發(fā)的聚羧酸減水劑為2300元/t,揚子P·O42.5水泥為380元/t(2011年12月價格),粉煤灰150元/t(2011年12月價格)。試驗C20、C25混凝土的配合比見表5,混凝土性能測試結果見表6。根據表5的混凝土配合比,可計算出使用不同減水劑的混凝土成本差值。C20混凝土采用聚羧酸減水劑,在成本上比采用脂肪族減水劑減少:(177×0.38+55×0.15+3.4×1.8)-(167×0.38+65×0.15+3.4×2.3)=0.60元/m3;C25混凝土采用聚羧酸減水劑,在成本上比采用脂肪族減水劑減少:(231×0.38+35×0.15+4.1×1.8)-(221×0.38+45×0.15+4.1×2.3)=0.25元/m3。計算結果表明,C20、C25混凝土采用本研發(fā)的聚羧酸減水劑時,在降低成本上較脂肪族減水劑有優(yōu)勢,特別是在水泥價格較高時。如水泥價格為455元/t時,配制C20混凝土可節(jié)省原材料成本1.25元/m3,配制C25混凝土可節(jié)省原材料成本0.90元/m3。由表6可見,研發(fā)的聚羧酸減水劑在C20、C25混凝土的試驗中,其30min坍落度、擴展度優(yōu)于采用脂肪族減水劑的。且當C20、C25混凝土采用聚羧酸減水劑時,可減少水泥用量10kg,而同齡期的混凝土抗壓強度基本相當。4聚羧酸減水劑的合成(1)在醇酸質量比相同的情況下,采用低分子質量MPEG合成的聚羧酸減水劑的保坍性好,但摻減水劑混凝土的抗壓強度較采用高分子質量MPEG時要低。(2