蔣毅
摘 要:聚羧酸減水劑是一種可以設(shè)計(jì)改良的減水劑類型,通過(guò)選用不同類型的聚合單體、功能基團(tuán),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)共聚物分子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改良,從而合成出某方面性能更加優(yōu)異的聚羧酸減水劑類型。文章主要以試驗(yàn)研究的方式,探討早強(qiáng)型聚羧酸減水劑的合成方法,并對(duì)其合成性質(zhì)做具體的分析,希望能夠?qū)υ鐝?qiáng)型聚羧酸減水劑的合成提供幫助。
關(guān)鍵詞:聚羧酸減水劑;合成;性能研究
聚羧酸系高性能減水劑本身具有綠色環(huán)保,摻量低、減水率高、保坍性能好等優(yōu)點(diǎn),因而被廣泛應(yīng)用于各類建設(shè)工程,但隨著對(duì)聚羧酸減水系列產(chǎn)品的不斷推廣使用,混凝土技術(shù)也在不斷進(jìn)步,發(fā)現(xiàn)聚羧酸高性能減水劑在特殊環(huán)境下,存在一定缺陷,比如早期強(qiáng)度上升較慢,直接影響混凝土模具拆除,限制了聚羧酸減水劑在某些建筑工程中的應(yīng)用。因此,研究預(yù)制構(gòu)件混凝土,能提高早期強(qiáng)度,縮短混凝土模板使用周期的早強(qiáng)聚羧酸減水劑具有十分重大的意義。
目前,最常制備早強(qiáng)聚羧酸減水劑有兩種方法:一種是復(fù)配有機(jī)鹽、無(wú)機(jī)鹽和醇胺類,但復(fù)配型早強(qiáng)聚羧酸減水劑具有摻量大,和易性差等問(wèn)題;另一種是進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),引入具有早強(qiáng)結(jié)構(gòu)的的小單體磺酸基團(tuán)、酰胺基團(tuán)等。而本文針對(duì)傳統(tǒng)減水劑分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行突破式創(chuàng)新,引入一種自制超早強(qiáng)功能單體酯,制備出一種早強(qiáng)聚羧酸減水劑。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)主要原料與儀器
異戊烯基聚氧乙烯醚(相對(duì)分子質(zhì)量為2400),紹興市宇州化工有限公司;丙烯酸,分析純,成都市科隆試劑廠;早強(qiáng)功能小單體(B),化學(xué)純,江陰創(chuàng)林化工有限公司;雙氧水,分析純,廣州銀河工貿(mào)公司;巰基乙酸,氫氧化鈉,分析純,福建濱海化學(xué)有限公司。
1.2 減水劑的合成工藝
將一定量的聚醚大單體與去離子水投入帶有溫度計(jì)、滴加裝置及攪拌器的四口燒瓶?jī)?nèi),開啟攪拌器,同時(shí)升溫至預(yù)定溫度,攪拌均勻后加入雙氧水,10min后分別滴加由丙烯酸、AM、去離子水組成的A料及由巰基丙酸、L-抗壞血酸、去離子水組成的B料。滴加過(guò)程均勻進(jìn)行,且B料比A料多滴加30min,待B料滴加完畢后,繼續(xù)保溫反應(yīng)1h,待溫度降至室溫,并通過(guò)去離子水稀釋得到固含量為40%的聚羧酸減水劑。
1.3 檢測(cè)方法
按照GB/T8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》測(cè)減水劑的含固量、密度??疾鞙囟葘?duì)摻不同外加劑的影響時(shí),砂漿力學(xué)性能測(cè)試所采用的配合比為水泥∶砂∶水=450∶1350∶168.5,而混凝土早期強(qiáng)度試驗(yàn)所用的配合比為水泥∶水∶砂∶石∶礦粉:粉煤灰=312∶166∶730∶1030∶49∶49。按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)混凝土的坍落度和抗壓強(qiáng)度。
1.4 試驗(yàn)原材料
水泥:采用福建永定閩福建材有限公司生產(chǎn)的閩福牌P.O42.5R水泥;粉煤灰:選用漳州后石電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰;礦渣粉:選用福建本地S95級(jí)礦渣粉;砂:選用漳州地區(qū)的天然中粗河砂,細(xì)度模數(shù)2.7~2.9,含泥量小于2.0%;碎石:選用龍海的花崗巖碎石,5~25mm連續(xù)粒級(jí),針片狀含量不大于12%,含泥量不大于1.0%;減水劑:自制早強(qiáng)型聚羧酸減水劑Z-11(含固量為40%),市售普通聚羧酸減水劑LQ-100(含固量為40%),某國(guó)外品牌早強(qiáng)型聚羧酸減水劑PAC-11(含固量為45%)。外加劑摻量以有效固體份計(jì)量。
2 結(jié)果與討論
2.1 酸醚比對(duì)早強(qiáng)型PCE分散性的影響
在聚羧酸減水劑與水泥相互作用的過(guò)程中,COO-與水泥中Ca2+相互結(jié)合,起到錨固定作用,使其吸附在水泥顆粒表面,所以酸醚比對(duì)PCE的分散性能有一定的影響。固定聚醚單體OXST-804、新型鏈轉(zhuǎn)移劑及引發(fā)劑用量,考察酸醚比對(duì)對(duì)減水劑分散性的影響,結(jié)果見表1。
由表1可見:
2.1.1 對(duì)于凈漿流動(dòng)度,隨著酸醚比的增大,初始流動(dòng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)酸醚比為6.5時(shí),初始流動(dòng)度最大。這主要是由于主鏈聚合度一定時(shí),隨著酸醚比增大,羧基量逐漸增大,吸附在水泥顆粒表面的數(shù)量也隨之增大,因此初始流動(dòng)度增大。但當(dāng)達(dá)到一定值時(shí),PCE在水泥顆粒表面的吸附趨于飽和,再增加羧基也無(wú)法增加PCE在水泥顆粒表面的吸附量,因此初始流動(dòng)度不再隨酸醚比的增大而增大。另外,初始分散性的提高使水泥顆粒與水接觸面增多,促進(jìn)水泥水化,水化產(chǎn)物會(huì)覆蓋已吸附的PCE生成物上,導(dǎo)致已吸附的PCE失效,而由于初始吸附量增多,殘留在液相中的聚合物分子減不,不能有效地進(jìn)行持續(xù)吸附,導(dǎo)致分散保持性降低。
2.1.2 對(duì)于混凝土流動(dòng)性,隨著酸醚比的增大,混凝土擴(kuò)展度和坍落度均呈先增大后減小的趨勢(shì),與凈漿試驗(yàn)趨勢(shì)一致,且同樣是當(dāng)酸醚比為6.5時(shí),擴(kuò)展度和坍落度達(dá)到最大。說(shuō)明當(dāng)酸醚比為6.5時(shí),該早強(qiáng)型PCE具有最佳的分散性。
2.2 不同室溫下TIPA和DEIPA對(duì)減水劑早強(qiáng)性能的影響
表2為不同室溫下TIPA、DEIPA對(duì)減水劑早強(qiáng)性能的影響。由表可知,當(dāng)室溫為18℃時(shí),加入早強(qiáng)組分TIPA和DEIPA后膠砂1d強(qiáng)度值比空白高1MPa左右,早強(qiáng)效果不明顯。當(dāng)室溫為5℃時(shí),TIPA與空白的1d膠砂強(qiáng)度值相當(dāng),沒有提高水泥的1d強(qiáng)度,而加入DEIPA后,水泥膠砂的1d強(qiáng)度值比空白大2MPa,增強(qiáng)效果比較明顯。由此可知加入DEIPA能有效提高水泥的早期強(qiáng)度。
3 結(jié)語(yǔ)
3.1 通過(guò)分子設(shè)計(jì)以及合成設(shè)計(jì),以聚乙二醇單甲醚衣康酸酯、聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、N-[4-(磺酰胺)苯基]丙烯酰胺為聚合單體,采用大單體直接共聚法,合成了一種早強(qiáng)型聚羧酸系高分子減水劑。
3.2 通過(guò)對(duì)單體摩爾分?jǐn)?shù)的優(yōu)選、引發(fā)劑用量的考察、反應(yīng)溫度等條件的優(yōu)化,探索出在80℃條件下,聚乙二醇單甲醚衣康酸酯、聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、N-[4-(磺酰胺)苯基]丙烯酰胺的摩爾摩爾分?jǐn)?shù)分別為35%,35%,30%,引發(fā)劑用量為3%(占單體總量),反應(yīng)時(shí)間5h時(shí)合成產(chǎn)品的綜合性能最好。
3.3 減水率和抗壓強(qiáng)度性能的測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的聚羧酸系高分子減水劑相比,所設(shè)計(jì)合成的早強(qiáng)型聚羧酸系高分子減水劑具有更好的減水性能,并且能有效提高早期抗壓強(qiáng)度。
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