麥芽糊精改性聚羧酸減水劑的合成及其性能研究

麥芽糊精改性聚羧酸減水劑的合成及其性能研究摘要：由于聚羧酸系高性能減水劑具有高減水率、高保坍性等優(yōu)良性能以及分子結(jié)構(gòu)和性能可設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，成為了混凝土外加劑今后的發(fā)展方向和研究的熱點(diǎn)之一。因麥芽糊精具有成本低、分子可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，所以本實(shí)驗(yàn)嘗試把麥芽糊精引入到聚羧酸減水劑中從而提高其性能。關(guān)鍵詞：麥芽糊精；聚羧酸減水劑；分子可設(shè)計(jì)性引言混凝土是目前為止世界上最典型且用量最大的建筑功能材料[1]。減水劑則是一種重要的混凝土外加劑，可以把減水劑的發(fā)展分為三個(gè)階段，萘系、氨基磺酸系和三聚氰胺系減水劑，因生產(chǎn)過程中加入了甲醛和產(chǎn)生的廢液不可降解，制約著減水劑的發(fā)展。隨著混凝土的使用壽命和技術(shù)水平要求不斷提高，人們的環(huán)保意識(shí)也不斷增強(qiáng)，因此研究新型的聚羧酸系減水劑成為現(xiàn)在的熱點(diǎn)之一。1.聚羧酸減水劑概述1.1聚羧酸減水劑的研究進(jìn)展1.1.1聚羧酸減水劑國(guó)外研究進(jìn)展20世紀(jì)80年代中期，聚羧酸系減水劑（PC）被日本人開發(fā)，自1986年引入市場(chǎng)以來，聚羧酸減水劑的研究取得了很大的進(jìn)展，而且PC逐漸在混凝土工程中得到大量使用。近年來其用量更是占到高性能減水劑的90％左右[2]。1.1.2聚羧酸減水劑國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展我國(guó)于20世紀(jì)末開始聚羧酸減水劑的研究，近年來，隨著環(huán)保意識(shí)的增加和國(guó)家強(qiáng)制力的壓力，聚羧酸減水劑大幅度替代萘系減水劑，到2015年的聚羧酸減水劑總產(chǎn)量達(dá)到621.9t比2013年增加了24.9%[3]。這表明我國(guó)聚羧酸減水劑的用量逐年增加，而且近幾年用量也持續(xù)較大。1.2本課題研究的意義和主要內(nèi)容β-環(huán)糊精的原料玉米淀粉在自然界存在廣泛，容易得到，因此價(jià)格低廉，將麥芽糊精引入聚羧酸減水劑可以大大降低聚羧酸減水劑的成本。本文首先采用β-環(huán)糊精與AA進(jìn)行酯化，得到的一種酯化產(chǎn)物，然后通過自由基共聚替代部分的SPEG與AA合成β-環(huán)糊精接枝改性聚羧酸減水劑，最后考察替代程度對(duì)減水劑性能的影響。2.β-CD聚羧酸減水劑的制備及其性能2.1實(shí)驗(yàn)部分2.1.1合成工藝β-環(huán)糊精接枝改性聚羧酸減水劑的制備步驟為：先向100ml的四口燒瓶中依次加入360gβ-環(huán)糊精﹑124g乙二醇、300g丙烯酸和1.2g對(duì)苯二酚，裝上攪拌裝置和溫度計(jì)，攪拌均勻后放入油裕鍋內(nèi)加熱到90-95℃，然后滴加催化劑濃硫酸5.2g，該燒瓶中會(huì)發(fā)生酯化反應(yīng)，5h后停止反應(yīng)得到β-環(huán)糊精酯化產(chǎn)物。然后取大單體SPEG和上述反應(yīng)得到的酯化產(chǎn)物共350g，其中酯化產(chǎn)物占總量的5%、10%、15%和20%，然后加入到裝有攪拌裝置和溫度計(jì)的100ml四口燒瓶中，再加入350g的水，攪拌均勻后，加入一定量的雙氧水，然后配制A料、B料用恒流泵滴加加入四口燒瓶中，該裝置中會(huì)發(fā)生自由基共聚反應(yīng)得到β-環(huán)糊精改性聚羧酸減水劑。A料：40g丙烯酸、2.0g老功單和90g水，滴加3小時(shí)。B料：2.3g引發(fā)劑巰基丙酸（3-M）、90g的水和0.6gVc（引發(fā)劑用量為全部單體質(zhì)量的2%），滴加3.5小時(shí)。2.1.2測(cè)試內(nèi)容與表征方法（1）水泥凈漿流動(dòng)度測(cè)試凈漿流動(dòng)度測(cè)試按照GB/T8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》所述方法進(jìn)行，其中加入水與水泥的比例為0.29。本文章測(cè)試的是酯化β-環(huán)糊精替代大單體SPEG5%﹑10%﹑15%﹑20%時(shí)的凈漿流動(dòng)度。（2）水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間測(cè)試水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間測(cè)試參照GB/T1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量﹑凝結(jié)時(shí)間﹑安定性檢驗(yàn)方法》。（3）混凝土性能測(cè)試根據(jù)GB/T8076-2008《混凝土外加劑》進(jìn)行混凝土性能測(cè)試。測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3、7和28d齡期的抗壓強(qiáng)度和1h內(nèi)水泥試塊的坍落度，混凝土抗壓強(qiáng)度按GB/T50081進(jìn)行試驗(yàn)和計(jì)算，試驗(yàn)試塊的尺寸為100mm×100mm×100mm的立方體，混凝土坍落度測(cè)試按照GB/T50080測(cè)定，混凝土配合比參照J(rèn)GJ55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》。2.2結(jié)果與分析2.2.1酯化麥芽糊精替代比例對(duì)流動(dòng)度的影響取制備好的CD改性減水劑1.2g，水泥300g，水80g，放入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，然后測(cè)試其流動(dòng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果：替代比例為5%、10%和15%時(shí)凈漿的初始流動(dòng)度大于沒有改性的聚羧酸減水劑，而且改性的聚羧酸減水劑的經(jīng)時(shí)損失也小，不同替代比例的聚羧酸減水劑一個(gè)小時(shí)后流動(dòng)度普遍下降。60分鐘后未改性的PC的流動(dòng)度為245mm，而改性后替代比例為5%和10%的減水劑的水泥凈漿初始流動(dòng)度分別為265mm、260mm，大于245mm，流動(dòng)度增加。因此用酯化后的β-環(huán)糊精替代一定量的SPEG會(huì)增加水泥凈漿的的流動(dòng)度。對(duì)替代10%的減水劑進(jìn)行每隔半小時(shí)的流動(dòng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可以看出替代10%的聚羧酸減水劑加入到水泥凈漿中其流動(dòng)度隨時(shí)間增加先增加后減小，其初始流動(dòng)度為264mm，但30min后凈漿流動(dòng)度從264mm增加到270mm然后再下降，120min內(nèi)從264mm降到250mm，凈漿流動(dòng)度損失率僅僅為6%，說明聚羧酸減水劑有較好的分散性和保坍性。2.2.2酯化β-環(huán)糊精替代比例對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響通過對(duì)不同替代比例的減水劑的初凝和終凝時(shí)間測(cè)試，可知替代比例為20%的聚羧酸減水劑的緩釋性能最差，替代比例為15%時(shí)的減水劑的緩釋性能最好，初凝和終凝時(shí)間分別為357min和418min，而基準(zhǔn)水泥的初凝和終凝時(shí)間分別為349min和406min，替代比例為15%的β-環(huán)糊精改性減水劑延緩了水泥漿體的凝結(jié)。2.2.3酯化麥芽糊精替代比例對(duì)混凝土性能的影響替代比例為10%的CD-PC的混凝土試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，隨著替代比例的增加混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，而且替代比例為10%的聚羧酸減水劑的抗壓強(qiáng)度最高，3d、7d和28d的抗壓強(qiáng)度分別為18.2、24和35.8MPa。在保坍性能方面，隨著替代比例的增加，坍落度現(xiàn)增加后減小，其中替代比例為10%的聚羧酸減水劑的坍落度最好，為220mm-210mm；擴(kuò)展度也有這樣的趨勢(shì)，為450mm-420mm。3.結(jié)語目前成本過高的因素制約著聚羧酸減水劑進(jìn)一步發(fā)展，本文從原料化學(xué)改性方面探討降低聚羧酸減水劑生產(chǎn)成本的問題。本文合成的減水劑具有良好的保坍性和緩凝性能的同時(shí)，對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不大，且合成的減水劑具有緩釋作用，而且β-環(huán)糊精價(jià)格低廉，當(dāng)替代比例為10%時(shí)，每噸聚羧酸減水劑母液能夠節(jié)省約445元。參考文獻(xiàn):何天白