一种早强型聚羧酸减水剂的制备方法
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２０１ ６ 年 第 １５ 卷 第 ４ 期
一 种早强型聚羧酸减水剂的制备方法
口王龙 飞 李欢欢 刘旭飞 董树 强
【内容摘要】在催化荆和活化剂存在的情况下，聚醚单体（ＴＰＥＧ），丙烯酸（ＡＡ），丙烯酰胺（ＡＭ）和 ２一丙烯酰胺 一２一甲基丙磺 酸（ＡＭＰＳ）在 ｎ（ＴＰＥＧ）：ｎ（ＡＡ）：ｎ（ＡＭ）：ｎ（ＡＭＰＳ）＝３６０：２５：１０：１５的最佳配 比下，在水 溶液 中发 生共 聚反应 ，得 到 了早强型聚羧酸减水剂 Ｒ１。将制备的减水剂 Ｒ１与 市售 国外 某早 强型减水剂 ｘ对 比混凝 土减水率 、凝结时间和 抗压 强度 ，结果表明早强型减水剂 Ｒ１减水率可达到 ３６％ ，且 可 以不 同程度地缩短 混凝土的凝 结 时间；掺加 Ｒ１的 混凝 土 的 １ｄ、３ｄ、７ｄ和 ２８ｄ强度 均 高 于掺 加 Ｘ 的 混 凝 土 。
（三）性能测 试方 法。混凝 土 的减水率 ，凝 结时 间 ，抗 压 强度测试均 参照 ＧＢ８０７６—２００８“混凝 土 外加 剂 ”相关 规 定 执 行 。
二 、结 果 与 分 析 （一 ）不 同酸醚比对减水率 、凝结 时间、抗 压强度的影 响。 固定 ＴＰＥＧ用量为 ３６０ｇ，调整 ＡＡ、ＡＭ、ＡＭＰＳ三者 的用 量 ，合 成 出一 系列减水 剂 ，在相 同掺量 下检 测混 凝土 减水 率 、凝结 时间 、１ｄ抗压强度 。实 验结果表 明 ，当 ｎ（ＴＰＥＧ）：ｎ（ＡＡ）：ｎ （ＡＭ）：ｎ（ＡＭＰＳ）＝３６０：２５：１０：１５时 ，合成 出的减 水剂 Ｒ１减 水率达 到 ３６％ ，初凝时间较基准混凝土提前 ８０—９０ｍｉｎ，终凝 较基 准混凝 土提前 ８０～９０ｍｉｎ，ｌｄ抗压强度 比 ２７５％ 。 合成减水剂 的原材料 中具有一ｃ００Ｈ，一ｓ０ Ｈ，使得水泥 颗粒表 面带 有相 同电性 的 电荷 ，水 泥颗 粒 之 间产 生 静 电斥 力 ，释放出包裹于絮 团 中的 自由水 ，从而 有效增 大拌 合 物的 流动性 ，同时侧链 上的聚氧乙烯基使减 水剂产 生 的立 体位阻 作用增强 ，即使水泥颗粒表面很快形成的 Ｃ３Ａ水化 产物层也 无法将这些侧链 、支链 全部覆 盖 ，水 泥颗粒 也就 难 以再次 凝 聚 ，所 以对水 泥颗 粒具有显 著的分散作 用 。原材 料小单体 中 还含有一ＮＨ ，可 以与水泥浆体 中的氢 氧化钙 反应 ，加 速 ｃ，ｓ 的水化 ，提高水泥浆体 中 ＣＳＨ凝胶 的数量 ，对 混凝 土早期 强 度增长有一定 的促进作用 。 （二 ）混凝土性能测试。掺加 两种 不 同早强 型聚 羧酸 减 水剂 的混 凝 土性 能 见 表 １，混 凝 土配 合 比为 Ｃ：ｓ：Ｇ＝３６０： ８１０：９９０，用水量 为使 基 准混 凝 土 出机 坍落 度 为 （２１０士１０） ｍｍ的最小用水量。减水 剂的掺量为 ０．２％ （折 固）。
本文从分 子结 构设计 的角度 出发 ，向传统 的聚羧 酸类减 水剂 中引入具有早强功能 的酰胺 基团 ，该基 团可以使水 泥体 系更 加分散 的 同时 ，提 高混 凝土 的强度 Ｊ，从而使 聚羧 酸 减水剂具有较好 的早强性能 。
一 、 实 验 （一 ）原 材 料 。 １．合成 原材 料。 聚醚 单体 （ＴＰＥＧ），奥克 股 份 ；丙 烯 酸 （ＡＡ），工业 级 ，江苏 裕廊 ；丙 烯 酰胺 （ＡＭ），工 业级 ，山东 济 南 ；２一丙烯 酰胺 一２一甲基丙 磺酸 （ＡＭＰＳ），工业级 ，山东 寿 光 ；引发剂 和链转移剂 。 ２．混凝土试验原 材料 。水 泥 ：基 准水 泥 ，Ｐ·Ｉ硅 酸盐 水 泥 ；河砂 ：细度模数 ２．７；石 ：５—２０ｍｍ碎石 ，连续级 配。 （二）早 强型聚羧酸减 水剂 的合 成。向装有温度计 、搅拌 器 、滴加装置的 四 口圆底 烧瓶 中 ，加 人称 量 准确 的聚 醚单体 和去离子水。升 温至 ４５℃至 物料 溶 化 ，加入 催 化剂 和 活化 剂 ，搅拌 ５ｒ ａｉｎ后 ，滴加 ＡＡ、ＡＭ和 ＡＭＰＳ的水溶 液 、并 同时滴 加链转移剂 和引发剂 ，滴 加 时间控 制 在 ３ｈ内。滴 加完 毕保 持 ｌｈ后 加入一定量氢氧化钠 中和 至 ＰＨ＝５—７，得到 黄色透 明液体 。即为减水剂成 品。
裹 １ 掺不同早强型聚羧酸减水剂的混凝土性能对比
减水剂 减水率 凝 结时间之差／ｍｉｎ 混凝土抗压强度 （ＭＰａ）
种类 ／％ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ初凝 终凝 １ｄ ３ｄ ７ｄ ２８ｄ
【关键词 】混凝 土性 能；聚羧酸 系减水荆 ；早 强型 【作者单位】王龙 飞，李欢欢 ，刘旭飞 ，董树 强 ；石 家庄 市长安 育才建材有 限公 司
随着预拌混凝土 的应用越来越 广泛 ，在市 政和建筑 工程 领域 中对减水剂 的要求也 不 断提 高 ，针对不 同工 程 的需求 ， 设计合成出具有满 足其需 要 的减水剂 也就 成为 减水 剂研 发 工作者的首要任务。在已探寻和制备 出 的减 水剂种 类里 ，聚 羧酸类减水剂因具有优异 的减水性 能和保坍 性能 ，且在使 用 过程 中掺量低 、对 环境友 好等 优点 ，更 是成 为减 水剂 行业 中 的研 究热点。然 而 ，由于 聚羧 酸类 减 水 剂普 遍 具有 缓 凝效 果 ，并且在低温时早 期强 度发展 缓慢 ，使 其在 低 温环境 以及 混凝 土预制构件的施工过程中 的使用颇 受限制 ‘】Ｊ，早强型 聚 羧酸减水 剂可通过 与早强 组分 复配 或直 接合 成制 备。早强 组分 品种 多 ，有氯盐 、硫 酸盐 、硝 酸盐 、碳 酸盐及 铵盐等 ，组成 中以氯盐 和硫酸盐居 多 ，不但 降低 了混凝 土结 构 的耐久 性 ， 对混凝土强度发展 也不 利 ，复配体 系 易发 生分层 ，储 存稳 定 性变差 ，而合成出具有早强性能的 聚羧 酸减水 剂可 以有 效地 改善这一 问题 ，从而有助于聚羧酸类减水剂的推广和使用 。
一 种早强型聚羧酸减水剂的制备方法
口王龙 飞 李欢欢 刘旭飞 董树 强
【内容摘要】在催化荆和活化剂存在的情况下，聚醚单体（ＴＰＥＧ），丙烯酸（ＡＡ），丙烯酰胺（ＡＭ）和 ２一丙烯酰胺 一２一甲基丙磺 酸（ＡＭＰＳ）在 ｎ（ＴＰＥＧ）：ｎ（ＡＡ）：ｎ（ＡＭ）：ｎ（ＡＭＰＳ）＝３６０：２５：１０：１５的最佳配 比下，在水 溶液 中发 生共 聚反应 ，得 到 了早强型聚羧酸减水剂 Ｒ１。将制备的减水剂 Ｒ１与 市售 国外 某早 强型减水剂 ｘ对 比混凝 土减水率 、凝结时间和 抗压 强度 ，结果表明早强型减水剂 Ｒ１减水率可达到 ３６％ ，且 可 以不 同程度地缩短 混凝土的凝 结 时间；掺加 Ｒ１的 混凝 土 的 １ｄ、３ｄ、７ｄ和 ２８ｄ强度 均 高 于掺 加 Ｘ 的 混 凝 土 。
（三）性能测 试方 法。混凝 土 的减水率 ，凝 结时 间 ，抗 压 强度测试均 参照 ＧＢ８０７６—２００８“混凝 土 外加 剂 ”相关 规 定 执 行 。
二 、结 果 与 分 析 （一 ）不 同酸醚比对减水率 、凝结 时间、抗 压强度的影 响。 固定 ＴＰＥＧ用量为 ３６０ｇ，调整 ＡＡ、ＡＭ、ＡＭＰＳ三者 的用 量 ，合 成 出一 系列减水 剂 ，在相 同掺量 下检 测混 凝土 减水 率 、凝结 时间 、１ｄ抗压强度 。实 验结果表 明 ，当 ｎ（ＴＰＥＧ）：ｎ（ＡＡ）：ｎ （ＡＭ）：ｎ（ＡＭＰＳ）＝３６０：２５：１０：１５时 ，合成 出的减 水剂 Ｒ１减 水率达 到 ３６％ ，初凝时间较基准混凝土提前 ８０—９０ｍｉｎ，终凝 较基 准混凝 土提前 ８０～９０ｍｉｎ，ｌｄ抗压强度 比 ２７５％ 。 合成减水剂 的原材料 中具有一ｃ００Ｈ，一ｓ０ Ｈ，使得水泥 颗粒表 面带 有相 同电性 的 电荷 ，水 泥颗 粒 之 间产 生 静 电斥 力 ，释放出包裹于絮 团 中的 自由水 ，从而 有效增 大拌 合 物的 流动性 ，同时侧链 上的聚氧乙烯基使减 水剂产 生 的立 体位阻 作用增强 ，即使水泥颗粒表面很快形成的 Ｃ３Ａ水化 产物层也 无法将这些侧链 、支链 全部覆 盖 ，水 泥颗粒 也就 难 以再次 凝 聚 ，所 以对水 泥颗 粒具有显 著的分散作 用 。原材 料小单体 中 还含有一ＮＨ ，可 以与水泥浆体 中的氢 氧化钙 反应 ，加 速 ｃ，ｓ 的水化 ，提高水泥浆体 中 ＣＳＨ凝胶 的数量 ，对 混凝 土早期 强 度增长有一定 的促进作用 。 （二 ）混凝土性能测试。掺加 两种 不 同早强 型聚 羧酸 减 水剂 的混 凝 土性 能 见 表 １，混 凝 土配 合 比为 Ｃ：ｓ：Ｇ＝３６０： ８１０：９９０，用水量 为使 基 准混 凝 土 出机 坍落 度 为 （２１０士１０） ｍｍ的最小用水量。减水 剂的掺量为 ０．２％ （折 固）。
本文从分 子结 构设计 的角度 出发 ，向传统 的聚羧 酸类减 水剂 中引入具有早强功能 的酰胺 基团 ，该基 团可以使水 泥体 系更 加分散 的 同时 ，提 高混 凝土 的强度 Ｊ，从而使 聚羧 酸 减水剂具有较好 的早强性能 。
一 、 实 验 （一 ）原 材 料 。 １．合成 原材 料。 聚醚 单体 （ＴＰＥＧ），奥克 股 份 ；丙 烯 酸 （ＡＡ），工业 级 ，江苏 裕廊 ；丙 烯 酰胺 （ＡＭ），工 业级 ，山东 济 南 ；２一丙烯 酰胺 一２一甲基丙 磺酸 （ＡＭＰＳ），工业级 ，山东 寿 光 ；引发剂 和链转移剂 。 ２．混凝土试验原 材料 。水 泥 ：基 准水 泥 ，Ｐ·Ｉ硅 酸盐 水 泥 ；河砂 ：细度模数 ２．７；石 ：５—２０ｍｍ碎石 ，连续级 配。 （二）早 强型聚羧酸减 水剂 的合 成。向装有温度计 、搅拌 器 、滴加装置的 四 口圆底 烧瓶 中 ，加 人称 量 准确 的聚 醚单体 和去离子水。升 温至 ４５℃至 物料 溶 化 ，加入 催 化剂 和 活化 剂 ，搅拌 ５ｒ ａｉｎ后 ，滴加 ＡＡ、ＡＭ和 ＡＭＰＳ的水溶 液 、并 同时滴 加链转移剂 和引发剂 ，滴 加 时间控 制 在 ３ｈ内。滴 加完 毕保 持 ｌｈ后 加入一定量氢氧化钠 中和 至 ＰＨ＝５—７，得到 黄色透 明液体 。即为减水剂成 品。
裹 １ 掺不同早强型聚羧酸减水剂的混凝土性能对比
减水剂 减水率 凝 结时间之差／ｍｉｎ 混凝土抗压强度 （ＭＰａ）
种类 ／％ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ初凝 终凝 １ｄ ３ｄ ７ｄ ２８ｄ
【关键词 】混凝 土性 能；聚羧酸 系减水荆 ；早 强型 【作者单位】王龙 飞，李欢欢 ，刘旭飞 ，董树 强 ；石 家庄 市长安 育才建材有 限公 司
随着预拌混凝土 的应用越来越 广泛 ，在市 政和建筑 工程 领域 中对减水剂 的要求也 不 断提 高 ，针对不 同工 程 的需求 ， 设计合成出具有满 足其需 要 的减水剂 也就 成为 减水 剂研 发 工作者的首要任务。在已探寻和制备 出 的减 水剂种 类里 ，聚 羧酸类减水剂因具有优异 的减水性 能和保坍 性能 ，且在使 用 过程 中掺量低 、对 环境友 好等 优点 ，更 是成 为减 水剂 行业 中 的研 究热点。然 而 ，由于 聚羧 酸类 减 水 剂普 遍 具有 缓 凝效 果 ，并且在低温时早 期强 度发展 缓慢 ，使 其在 低 温环境 以及 混凝 土预制构件的施工过程中 的使用颇 受限制 ‘】Ｊ，早强型 聚 羧酸减水 剂可通过 与早强 组分 复配 或直 接合 成制 备。早强 组分 品种 多 ，有氯盐 、硫 酸盐 、硝 酸盐 、碳 酸盐及 铵盐等 ，组成 中以氯盐 和硫酸盐居 多 ，不但 降低 了混凝 土结 构 的耐久 性 ， 对混凝土强度发展 也不 利 ，复配体 系 易发 生分层 ，储 存稳 定 性变差 ，而合成出具有早强性能的 聚羧 酸减水 剂可 以有 效地 改善这一 问题 ，从而有助于聚羧酸类减水剂的推广和使用 。