聚醚型聚羧酸系减水剂的性能研究

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聚醚型聚羧酸系减水剂的性能研究
张鑫，王海宾，叶光锐，周南南
摘要：通过与聚酯型聚羧酸系减水剂(LEX-9)进行性能比较，证明自制的聚醚型聚羧酸系减水剂(LEX-10)的性能与前者相当。

LEX-10生产工艺简单，可制备出浓度40%以上的产品，降低了生产成本，具有良好的应用前景。

关键词：聚醚型；聚酯型；净浆流动度；混凝土性能
中图分类号：TU528.042文献标识码：B文章编号：1004-1672(2009)05-0044-03
Study of Performance of Polyether-Type Polycarboxylic Superplasticizer/Zhang Xin et al//Shanghai Research Institute of Building Sciences(Group)Co.,Ltd.
Ab st ract:Compared with polyester-type polycarboxylic superplasticizer(LEX-9),the self-made polyether-type polycarboxylic superplasticizer(LEX-10)showed similar performance as with the former when applied to cement or concrete.Manufacture process of LEX-10was simple,could be used to prepare products with concentration over40%, reduce production cost and cherish a bright prospect for application.
Key Words:polyester-type;polyether-type;uidity of cement paste;concrete performance
上海市建筑科学研究院（集团）有限公司，上海200032
减水剂是混凝土工程中应用最广泛的外加剂，其用量占外加剂总量的80%以上，是现代混凝土不可缺少的重要组成部分。

减水剂的主要功能是在保持混凝土拌合物坍落度不变的情况下，减少拌合物的用水量，改善拌合物的流变性能及提高混凝土的强度等[1-3]。

目前，国内外市场上聚羧酸系减水剂产品大部分属于聚酯型，该类减水剂具有减水率较高，保坍性能好，与水泥的适应性好等优点。

但也存在一定的缺陷，如合成工艺复杂，生产周期长，不易直接生产出浓度40%以上的产品，酯化过程需要加入强腐蚀性酸(一般为浓硫酸)做为催化剂，容易对生产人员造成危害。

因此，开发新型聚羧酸系减水剂显得十分必要。

聚醚型聚羧酸系减水剂近年来得到越来越多的研究，其优势在于：①无酯化过程，工艺简单，生产周期短；②原料的封端基团中含有不饱和双键，可以通过一步法直接聚合；③可以生产出高浓度产品。

但该产品却存在许多不足，如低温贮存会出现析晶现象，减水率低，低掺量下混凝土的坍落度保持性差等[4]。

针对这些问题，笔者进行了一系列研究，并合成出新型聚醚型聚羧酸系减水剂。

通过与聚酯型聚羧酸系减水剂进行比较，证明了性能与后者相当，同时解决了聚醚型聚羧酸系减水剂存在的问题。

1试验部分
1.1合成试验
原料和试剂：丙烯酸，丙烯酸羟丙酯，丙烯酸羟乙酯，马来酸酐，甲基丙烯磺酸钠，烯丙基聚醚(分子量1200、2000、2400)，过硫酸铵，过硫酸钾，双氧水，去离子水等。

合成方法：按照分子设计的要求配制单体及引发剂水溶液。

在四口烧瓶中放置一定量的单体水溶液，升温至75~90℃，分别滴加单体及引发剂水溶液，滴加时间为l~4h，滴加完毕后保温1~2h。

反应完成后降温至60℃以下，加入液碱调整pH值。

1.2混凝土试验
1.2.1原料
(1)水泥及掺合料：水泥为上海联合水泥有限公司P.O42.5水泥，掺合料为宝钢Ⅰ型掺合料。

(2)减水剂：上海建研建材科技有限公司研制的LEX-9(聚酯型)和最新研制的LEX-10(聚醚型)。

(3)砂、石、水：混凝土试验用砂为中砂，细度模数2.7；混凝土试验碎石粒径为5~20mm；试验用水为一般饮用水。

水泥净浆及混凝土试验
聚醚型聚羧酸系减水剂的性能研究张鑫1.2.2
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化学建材2009年第25卷第5期
参照GB/T 8077－2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测试水泥净浆流动度。

混凝土试验配比见表1所示。

表1混凝土配比（kg/m 3
）
注：掺量为胶凝材料1.0%。

2结果与讨论
2.1聚醚型聚羧酸系减水剂LEX-10匀质性指标
表2LEX-10匀质性指标
LEX-10是通过以去离子水为介质进行的非磺化自由基聚合制得聚羧酸系减水剂。

氯离子小于0.05%，含量很低，不降低混凝土的耐久性。

由于在生产中不使用甲醛，不会对环境造成污染。

2.2水泥净浆试验
2.2.1LEX-10对水泥的净浆流动度试验
测试参照GB/T 8077－2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行，水灰比0.29，比较LEX-10与LEX-9的净浆流动度。

图1减水剂不同掺量时的水泥净浆流动度
从净浆流动度测试结果来看，很小的掺量改变就会导致净浆流动度的急剧变化，说明水泥的净浆
流动度对减水剂的掺量比较敏感。

在相同掺量下，LEX-10与LEX-9的净浆流动度大小比较接近，意味着二者对水泥的分散能力也比较接近。

2.2.2水泥净浆经时流动度试验
图20.8%掺量的减水剂对水泥的净浆流动度与时间关系
试验方法及条件同2.2.1，减水剂掺量为水泥的
0.8%，测试水泥浆体在30s 、1h 、2h 时的流动度。

由图可知，L X 的净浆流动度与L X 120
140
160180200220240
260LE X-9
L E X-10
0.8%掺量
水
泥净浆流动度/m m 30s 1h 2h
相当。

随着时间的推移，LEX-10流动度略有增大，总体上依然维持在较高的流动度。

2.2.3减水剂的反应物浓度对净浆流动度的影响按照不同的反应物浓度分别合成相应的减水剂产品。

试验方法及条件同2.2.1，减水剂掺量为水泥的0.8%，测试水泥在30s 、1h 时净浆流动度。

表3
反应物浓度对净浆流动度的影响
反应物浓度为20%~30%时，对LEX-9减水剂的分散性能影响不大。

但当达到40%时，水泥的净浆流动度明显减少，说明减水剂分散能力和保持能力明显下降。

原因在于反应物总浓度越高，反应分子相互碰撞的几率就越大，聚合速率加快，影响最终产物的平均分子量，从而影响减水剂的性能。

对于LEX-10减水剂，随着浓度的增加，净浆流动度增大。

这是因为合成LEX-10的材料活性较低，需要提高浓度来加大转化率及反应程度。

比较这两种类型的减水剂，LEX-9浓度超过30%会影响产品的性能，而LEX-10可以做到40%浓度的产品，不会影响性能，从而降低了生产成本。

2.3混凝土性能试验
2.3.1混凝土检测结果对比
表4混凝土检测结果对比
参照JG/T 223－2007《聚羧酸系高性能减水剂》、GB 6－《混凝土外加剂》、3－
120
140160
180200220240260
2800.60
0.80
1.00
LE X-9LE X-10
掺量%
净浆流动度/m m 2E -10E -9
8071997JC 47
46
0501001502002503003504004500
30
60
90
时间d
收缩值（L EX -9L EX 10
2001《混凝土泵送剂》进行混凝土性能检测，检测结果见表4。

由表4可知，对比LEX-9与LEX-10两种产品，二者的混凝土检测结果接近。

2.3.2新拌混凝土性能试验
混凝土配合比如表1。

通过表5混凝土试验可以看出，相同掺量时，产品LEX-9与LEX-10出机时与1h 后的坍落度相同。

由于LEX-9比LEX-10有较低的引气性，因此混凝土抗压强度较高。

表5
新拌混凝土性能
2.3.3混凝土收缩试验
图3掺不同类型减水剂对混凝土收缩的影响
从图3的结果可以看出，掺入LEX-10的混凝土收缩值低于掺入LEX-9的，说明掺入聚醚型聚羧酸减水剂LEX-10的混凝土具有更好的抗开裂性能。

2.3.4混凝土电通量试验
参照国际上通用的ASTM C1202直流电量法进行测试。

试验仪器采用清华大学的ASTM C1202电
量法测试仪。

测量电压为直流恒电压60V ，时间为6h 。

表6
混凝土电通量试验
从表6中可以看出，LEX-9的28d 及56d 电通量平均值均低于LEX-10。

原因在于LEX-9更低的引气性，制备的混凝土含气量更低，混凝土更加致密，因此电通量也更低。

3结论
(1)从水泥净浆流动度及混凝土性能方面比较，LEX-10与LEX-9性能相当。

(2)LEX-10是通过一步法的生产工艺制备，具有工艺简单、反应周期短的特点，而且可以合成40%浓度的产品，从而降低了生产成本。

(3)LEX-10产品质量稳定，成本降低，在混凝土的应用方面可以代替聚酯型聚羧酸系减水剂，具有良好的市场前景。

参考文献：
[1]李崇智,冯乃谦,等.高性能减水剂的研究现状与展望[J].混凝土
与水泥制品,2001,(2):3-6.
[2]姜玉,庞浩,廖兵,胡美龙.接枝聚羧酸系高效减水剂的研制[J].化学建材,2006,(6).
[3]郑忠,胡纪华.胶体稳定性[M].广州:广州科技出版社.
[4]李崇智,李永德,等.聚醚基高性能减水剂的合成与性能[J].新型建筑材料,2002,(8):55.收稿日期：2009-06-03
作者简介：张鑫（1972—），男，硕士，工程师，从事混凝土外加剂研究工作。

单位地址：上海市宛平南路75号；联系电话：021-643908009。

电子邮件：zhxin1972@
以上实验结果证明：阿拉伯树胶粉作为最常用的发泡剂稳泡剂，对此蛋白质型发泡剂依然起到很好的改性作用；而氯化镁、蔗糖作为新的泡沫改进剂也起到一定的改善作用。

考虑到此改性发泡剂对于不同的应用领域产生的效应会有差异，所以应用领域的效果研究有待进一步验证。

参考文献：
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process:CA,2081299[P].
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[6]龙立平,熊文高,李旺英.溶液表面张力测定实验的方法改进[J].湖南城市学院学报,2004,(6):55-56.收稿日期：2009-03-19
基金项目：先进建筑材料四川省重点实验室2008年度培育基金项目（08zxxp07）；四川省科技攻关计划项目（06ZS2102）；四川省建设厅新型墙体材料专项基金支持
作者简介：刘佳奇，男，硕士研究生，主要从事混凝土外加剂研究；单位地址：（621010）四川省绵阳市西南科技大学材料科学与工程学院，Email ：jiaqi-liu1984@
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聚醚型聚羧酸系减水剂的性能研究张鑫。