广东奥克化学有限公司 525000
摘要：以聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、自制磷烯烃单体M-P、甲基丙烯磺酸钠为主要聚合单体，巯基丙酸为链转移剂，通过双氧水-抗坏血酸引发，采用一步合成方法，制备一种适合高强混凝土用的降粘型聚羧酸减水剂。研究了酸醚比，甲基丙烯磺酸钠、磷烯烃单体M-P、引发剂用量，反应温度等因素对降粘型聚羧酸减水剂性能的影响，确定了降粘型聚羧酸减水剂的最优的合成工艺：反应温度为40℃，酸醚比为7，甲基丙烯酸用量为0.4，磷烯烃单体M-P用量为0.3，引发剂用量为5%。相同掺量下自制降粘型聚羧酸减水剂的性能基本与国外降粘型聚羧酸减水剂持平，明显优于国粘型聚羧酸减水剂。
关键词：混凝土；减水剂；降粘型；聚羧酸
前言：随着我国建筑行业的高速发展，高强度等级混凝土以其整体强度高、耐久性好等特点，被越来越多地应用于国家的一些工程建设中。目前高强度等级混凝土主要是通过降低水灰比、增加胶凝材料用量等方法来提高混凝土的强度，但这会造成混凝土粘度增加、流动性下降，从而降低混凝土的泵送性能，影响了施工效率，很大程度上限制了高强混凝土的推广与应用。
1概论
随着建筑行业的快速发展，建筑结构逐渐向超高层、大跨度和结构体系复杂化的方向发展，这对混凝土的力学性能和施工性能提出了更高要求，也大大推进了混凝土泵送施工技术的发展。然而，采用水胶比较低的高强混凝土往往带来新拌混凝土粘度大、流速慢等问题，从而导致施工难度提
高。因此，解决降低高标号混凝土的粘度的难题迫在眉睫。
目前，国内已经开展了对于降粘型减水剂的研究，但相关报道还较少，增大用水量和选用优质的超细粉料优化颗粒是降粘现采用的主要方法。然而，以上方法还存在很多弊端，如增大用水量容易出现泌水抓底、且降低混凝土的强度；而采用优质的超细粉料、优化颗粒级配则大大增加了成本，未从根本上解决问题，因此，具有降粘功能的减水剂的开发有广阔前景。聚羧酸系高性能减水剂具有掺量低、减水率高、分子结构可设计性强，已经越来越受到国内外学者的持续关注。
2结果与讨论
2.1酸醚比对减水剂性能的影响
随着酸醚比的增大，水泥净浆粘度先增大后减小再增大，当酸醚比为7.0时，水泥净浆粘度最小。
随着酸醚比的增大，水泥净浆流动度先减小后增大再减小，当酸醚比为7.0时，水泥净浆流动度最大。
综上可以看出，降粘型聚羧酸减水剂在酸醚比为7.0时，水泥净浆粘度最小，水泥净浆流动度最大。从聚羧酸减水剂的作用机理分析，主要是酸醚比的变化直接影响聚羧酸减水剂PEO侧链的密度，一般情况下，减水剂的吸附能力随着侧链密度的减小而增强；对于低酸醚比的聚羧酸系减水剂，由于其侧链密度较大，其减水剂分子的吸附能力较弱，水泥初始净浆流动度较低，但残留在液相中的减水剂分子相对较多，能够有效弥补因水泥水化而消耗的聚羧酸减水剂分子，从而水泥净浆表现出较好的保塑性。
2.2甲基丙烯磺酸钠用量对聚羧酸减水性能的影响
随着甲基丙烯磺酸钠用量的增加，水泥的净浆粘度出现先减小后增大的趋势，在甲基丙烯磺酸钠用量为0.4时，水泥净浆粘度最小。
随着甲基丙烯磺酸钠用量的增加，水泥的净浆流动度出现先增大后减小的趋势，在甲基丙烯磺酸钠用量为0.4时，水泥净浆流动度最大。
综上所述，在甲基丙烯酸用量为0.4的时候，水泥净粘度最小，同时浆流动度的最大。少量的磺酸基即可以起到改善分散性的效果，由于在体系中起主导作用的是羧基，而羧基与磺酸基在水泥颗粒表面阳离子的作用机理不同，其机理为羧基的初始吸附量小于磺酸基的吸附量，但随着水泥水化，水泥浆体的pH值升高，有利于弱酸性的羧基氢离子的解离，能提高其吸附量，而磺酸基吸附几乎不受pH影响。因此在减水剂中适量引入磺酸基有利于两种基团协同作用的发挥，提高水泥颗粒的分散性。但是随着甲基丙烯酸磺酸钠用量进一步增加，减水剂主链长度降低，影响聚羧酸减水剂的平均分子质量，因此减水剂的碱水效果降低了。
2.3磷烯烃单体M-P用量对聚羧酸减水性能的影响
随着磷烯烃单体M-P用量的增加，水泥的净浆粘度出现先减小后增大的趋势，在磷烯烃单体M-P用量为0.3时，水泥净浆粘度最小。
随着磷烯烃单体M-P用量的增加，水泥的净浆流动度出现先增大后减小的趋势，在磷烯烃单体M-P用量为0.3时，水泥净浆流动度最大。
综上所述，在磷烯烃单体M-P用量为0.3时，水泥净浆流动度最大，随着掺量的继续增加，水泥净浆粘度也呈下降的趋势，同时水泥净浆流动度呈下降趋势。其作用机理可以表现为这些极性基团都具有较强的亲水作用，可与水分子缔合形成氢键，提高水泥颗粒表面的润湿性，使水浸透到颗粒间更狭小的细孔中。减水剂分子能迅速吸附到带有正电荷的水泥颗粒表面及水泥水化颗粒表面，在水泥颗粒表面形成一层具有一定机械强度的溶剂水化膜，水化膜的形成可破坏水泥颗粒的絮凝结构，使水泥颗粒充分分散并产生阻碍凝聚的效果，从而起到降低水泥净浆粘度的效果。但磷烯烃单体M-P用量过高会在减水剂合成中造成网状交联，使减水剂分子量较大，造成庞大的网状分子结构不易吸附在水泥颗粒表面，致使水泥净浆分散性能变差。
2.4引发剂用量对聚羧酸减水性能的影响
随着引发剂用量的增加，水泥的净浆粘度出现先减小后增大的趋势，在引发剂用量为5%时，水泥净浆粘度最小。
随着引发剂用量的增加，水泥的净浆流动度出现先增大而后减小的趋势，在引发剂用量为5%时，水泥净浆流动度最大。
综上所述，在引发剂用量为5%时，水泥净浆粘度最小，水泥净浆流动度最大。引发剂用量过大会导致减水剂分子量过大，从而分子间发生交联的现象，因此在水泥浆体中，聚羧酸减水剂提供不了吸附点和静电斥力；同时分子量过大时，支链容易发生缠绕，导致其不能延伸进入液相形成较厚的聚合物分子吸附层，因此其空间位阻斥力较小，但引发剂过量会使得聚合物的分子量过低，导致聚羧酸减水剂的静电斥力和空间位阻作用力过小，水泥浆体的分散效果较差，因此水泥净浆流动度又会变小。
2.5反应温度对聚羧酸减水剂性能的影响。
随着反应温度的增加，水泥净浆粘度出现先减小后增大的趋势，在反应温度为40℃时，水泥净浆粘度最小。
随着反应温度的增加，水泥净浆流动度出现先增大后减小的趋势，在反应温度为40℃时，水泥净浆流动度最大。
综上所述，当反应温度为40℃，掺减水剂的水泥净浆粘度达到最小，水泥净浆流动度达到最大。这说明在合适的合成温度下，合成的降粘型聚羧酸减水剂分子量大小正合适，聚羧酸减水剂产品的性能最优。
3混凝土性能分析
降粘型聚羧酸减水剂与市售普通减水剂相比，倒坍流空时间明显缩短，与进口同类产品流空时间相当，且混凝土坍落度保持性两者亦相差无几。表明合成的降粘聚羧酸减水剂具有优良的降粘性能和分散性能。这归因于其独特的分子结构：一方面在减水剂中有引入较多的疏水官能团，降低了减水剂的表面张力，改变了水泥-水-减水剂体系了的HLB值，使得减水剂具有一定的疏水缔合能力，释放出更多自由水，增加了水泥颗粒间的水膜层厚度，使得颗粒间的滑移相对容易，从而减少了颗粒间的作用力；另一方面由于采用了低分子量的大单体，并且减水剂分子主链较短，在水中有具有更高的自由度，减水剂的分子链更加舒展，使其能够快速吸附在水泥颗粒，因而混凝土表现出低粘度高流动性。
4结语
以聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸、自制磷烯烃单体M-P、甲基丙烯磺酸钠制备了一种降粘型聚羧酸减水剂，通过单因素试验，最终得出制备的最佳条件：反应温度为40℃，酸醚比为7，甲基丙烯酸用量为0.4，磷烯烃单体M-P用量为0.3，引发剂用量为5%。
降粘型聚羧酸减水剂的降粘性能优于市售普通减水剂，与国外同类产品性能相当，可显著降低C60混凝土的粘度，且具有较好的分散性能。
参考文献：
[1]超塑化剂作用机理初探[J].左彦峰，王栋民，隋同波. 混凝土.2004（04）
[2]混凝土高效减水剂的性能与作用机理[J].钱晓琳，赵石林，张孝兵，黄小彬. 南京工业大学学报（自然科学版）.2002（02）
[3]对日本混凝土外加剂发展现状的思考[J].雷道斌. 混凝土.2001（11）
[4]降粘型聚羧酸系减水剂的合成研究[J].张明，张栓红，段彬，贾守伟，贾吉堂. 硅酸盐通报.2015（03）
[5]硅灰对150MPa超高强高流态混凝土的强度及流动性的贡献[J].蒲心诚，严吴南，王冲. 混凝土与水泥制品.2000（01）
论文作者:郑建民
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/9
标签：羧酸论文; 水泥论文; 减水剂论文; 用量论文; 粘度论文; 混凝土论文; 烯烃论文; 《基层建设》2019年第18期论文;