HR-Y聚羧酸高效減水劑合成工藝優(yōu)化研究

　　摘要:通過確定不同的引發(fā)劑用量、聚氧化乙烯側(cè)鏈長度以及反應(yīng)的溫度和時間等合成了HR-Y新型聚羧酸高效減水劑。試驗結(jié)果表明，HR-Y聚羧酸類高效減水劑對水泥具有高度的分散保持作用，摻加量為0.2%，水灰比為0.29時，水泥凈漿流動度為280mm，1h后水泥凈漿流動度仍為280mm。

　　關(guān)鍵詞：聚羧酸高效減水劑、合成工藝、凈漿流動度；

　　0前言

　　隨著高性能混凝土的技術(shù)進(jìn)步，聚羧酸高效減水劑的分子結(jié)構(gòu)在不斷改進(jìn)，在性能方面相應(yīng)地也有所改善。合成制造方法決定了減水劑的分子結(jié)構(gòu)，而分子結(jié)構(gòu)決定了產(chǎn)品的使用性能。Masanori和Lizuka研究了減水劑的分子結(jié)構(gòu)對波特蘭水泥流動性能的影響以及相互關(guān)系。其研究表明，新拌混凝土的分散性能和凝聚性能隨平均分子量的變化而變化。減水劑的減水性能可以通過調(diào)整共聚物單體的憎水基團(tuán)和親水基團(tuán)的比例來獲得。Nawa T用6種不同EO鏈長的馬來酸酐接枝共聚物進(jìn)行流動度試驗時，發(fā)現(xiàn)EO鏈長對流動性影響依賴主鏈，在馬來酸酐基共聚物中EO；鏈越短，流動性越好；而對于甲基丙烯酸基接枝共聚物，EO鏈越長，流動性越好。要達(dá)到高減水率和好保坍性能，需要調(diào)整聚合物主鏈和接枝側(cè)鏈長度的聚合物結(jié)構(gòu)平衡。因此，為適應(yīng)高性能混凝土的發(fā)展要求，合理設(shè)計分子結(jié)構(gòu)是提高聚羧酸系減水劑性能的根本途徑.本文從基本原材料與合成方法出發(fā)，優(yōu)化合成工藝，合成了HR-Y聚羧酸高效減水劑。

　　1 原材料及試驗方法

　　1.1 主要儀器和實驗原料

　　1.1.1 主要儀器

　　1000ml四口燒瓶；冷凝管；溫度計；聚四氟乙烯攪拌漿；滴液漏斗。

　　KDM型調(diào)溫電熱套；DJ1C型電子增力電動攪拌器

　　1.1.2 實驗原料

　　聚乙二醇單甲醚(聚醚)：聚合度為25、30、60 三大種類，無色固體（編號分別為1#、2#、3#）。

　　順酐，甲基丙烯磺酸鈉，丙烯酰胺：北京市化學(xué)試劑廠，過硫酸鉀(分析純)：上海愛建試劑廠，催化劑（自制），10%氫氧化鈉溶液，氨水：濃度37%，三乙醇胺：天津市博迪化工有限公司，去離子水。

　　山水P·O32.5水泥；

　　1.2 試驗方案

　　1.2.1試驗方案：控制加料順序、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間不變，通過改變加料方式、中和劑和單體種類，制備一系列具有不同結(jié)構(gòu)的聚羧酸減水劑。通過測試其在水泥上的分散性及分散保持性來研究各因素對聚羧酸減水劑性能的影響。

　　1.3試驗方法

　　新拌水泥凈漿流動度按標(biāo)準(zhǔn)GB8077-2000 測定。

　　外加劑性能試驗按標(biāo)準(zhǔn)GB8077-2000 測定。

　　2試驗研究與討論

　　2.1投料方式不同對聚羧酸高效減水劑性能的影響

　　注：固含量為37%，折固后摻量0.17%

　　從實驗可知，在其他條件固定的前提下，投料方式不同合成的聚羧酸高效減水劑的性能有差異：一次投料法合成的聚羧酸高效減水劑無論是水泥凈漿的初始流動度還是1h流動度都比滴加合成的聚羧酸高效減水劑性能優(yōu)異。所以，用一次投料法作為合成聚羧酸高效減水劑的投料方式。

　　2. 2中和劑種類不同對聚羧酸高效減水劑性能的影響

　　上述總結(jié)，用不同的中和劑對聚羧酸高效減水劑性能有不同影響。其中三乙醇胺的中和效果最好。其次是氨水，氫氧化鈉。氨水在保持水泥凈漿流動度上比NaOH好。由于在GB18588－2001規(guī)定了混凝土外加劑中釋放氨的量≤0.10%，而外加劑一般呈弱堿性，在混凝土施工時氨水容易擴(kuò)散，刺激性氣味很大。因此合成工藝中一般不用氨水做中和劑。

　　2. 3游離順酐對聚羧酸高效減水劑性能的影響

　　從上表可看出游離順酐對聚羧酸高效減水劑性能有一定影響。主要由于順酐中分解出的COO-有減水及保坍作用，所以當(dāng)減水劑中有游離順酐時會增大水泥凈漿的初始流動性，減小經(jīng)時損失。開始時順酐能較好的和聚羧酸高效減水劑產(chǎn)品融合，但放置一段時間后一部分游離順酐析出，出現(xiàn)白色膠狀物。所以加入游離順酐后該產(chǎn)品穩(wěn)定性會變差。因此有待進(jìn)一步研究順酐與聚羧酸高效減水劑的相溶性問題。

　　2. 4聚氧化乙烯側(cè)鏈長度不同對聚羧酸高效減水劑性能的影響

　　注： 4#聚醚單體是聚合度為25、30、60的三種聚醚單體各取1/3混合制成 。

　　通過研究不同聚合度的聚醚對減水劑性能的影響發(fā)現(xiàn)：隨著聚合度的贈加聚羧酸高效減水劑保塑性降低，初始流動性相差不大，不同聚合度聚醚混合合成的聚羧酸高效減水劑性能最好，凈漿流動度經(jīng)時損失小。

　　2. 5單體種類不同對聚羧酸高效減水劑性能的影響

　　試驗結(jié)果表明，在控制造價的前提下，增加了丙烯酰胺單體后聚羧酸高效減水劑的性能明顯提高。

　　2. 6反應(yīng)溫度對聚羧酸高效減水劑性能的影響

　　隨體系反應(yīng)溫度的增加，聚羧酸高效減水劑凈漿流動度增加，并在85℃基本達(dá)到飽和。由于各種單體有不同的競聚率，溫度變化使整個體系的反應(yīng)速率隨之變化，各種單體的反應(yīng)程度也會不同，使聚羧酸高效減水劑性能受到影響。

　　3水泥凈漿及混凝土性能試驗

　　注：所示摻量為折固后的凈摻量。

　　本次合成的HR-Y聚羧酸高效減水劑，混凝土的和易性好，收縮低，混凝土抗裂性能好，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均比萘系高，與國外同類型產(chǎn)品相比性能相當(dāng)。

　　4結(jié)論

　　(1)采用一次投料法合成了HR-Y聚羧酸高效減水劑，并用三乙醇胺調(diào)和。

　　(2)凈漿流動度隨聚氧化乙烯側(cè)鏈聚合度的增加先增加后減小，不同聚合度的聚醚混合合成的聚羧酸高效減水劑性能最優(yōu)。

　　(3) 聚羧酸高效減水劑中溶入游離順酐會增大水泥凈漿的初始流動性，減小經(jīng)時損失。

　　(4)合成時適當(dāng)增加丙烯酰胺單體會提高聚羧酸高效減水劑性能：增大水泥凈漿的初始流動性，減小經(jīng)時損失。

　　(5)溫度控制在85℃左右時各種單體反應(yīng)最充分，聚羧酸高效減水劑性能最優(yōu)。

　　(6)優(yōu)化各種工藝條件最終合成的HR-Y聚羧酸高效減水劑具有摻量低，減水率高，保塑性好等優(yōu)點。在摻量為0.2%時，混凝土坍落度為250mm，坍落度損失小，混凝土抗裂性能提高。