新型高性能聚羧酸系減水劑的研究

[摘 要] 綜述了新型高性能聚羧酸系減水劑的合成原理及方法。

[ 關鍵詞 ] 新型 高性能 聚羧酸鹽系減水劑

一、 前言

目前，聚羧酸系減水劑在我國鐵路建設方面得到了廣泛的應用，成為了耐久性混凝土不可或缺的組分之一。同時，因我國地域遼闊，水泥品種繁多，聚羧酸減水劑在工程的應用中也暴露出了一些諸如水泥適應性差、摻量較為敏感等問題。為了解決這些問題，更好的保證耐久性混凝土的施工質量，本文研制了一種新型的聚羧酸減水劑。

二、 研究的技術路線及主要解決的問題

1.研究的技術路線

新型高性能聚羧酸系減水劑合成研究的技術路線如圖2.1。

2. 研究主要解決的問題

本研究主要是根據現場混凝土的施工藝不同設計出合理的分子結構，以滿足施工要求。

3 高性能減水劑的合成研究

(1)實驗原料

(2) 實驗儀器

冷凝管、分水器、溫度、四口燒瓶、電熱套、電子天平等。

(3) 水泥凈漿度流動度及流動度損失測試

取水泥300 g，水87 g，采用截錐圓模(ф上=36 mm， ф下=64 mm，h=60 mm)測定摻減水劑的凈漿流動度及30 min的凈漿流動度損失，減水劑的液摻量為水泥用量的1.0%。

(4)共聚物的制備方法

在裝有溫度計、機械攪拌器、及滴加裝置的四口燒瓶中，加入一定量的水，通入氮氣除去其中的氧氣，在空氣浴上加熱攪拌至反應溫度。同時一邊緩慢滴加混合單體，一邊緩慢滴加引發劑(水溶液)和活性單體MAA;大約4～5 h 滴加完畢，然后在升溫到一定溫度后恒溫反應一段時間。反應結束后，加入氫氧化鈉水溶液，調節pH=7～8，得到高分子共聚物的水溶液，即高性能減水劑RAWY-101。

(5) RAWY-101酯化大單體與甲基丙烯酸(MAA)用量對水泥凈漿流動度的影響

如圖3.1所示，相同摻量下，當RAWY-101酯化大單體與MAA摩爾比為1:2.5時合成的聚合物分散性和分散保持性最好。當大單體用量過小，聚合反應容易發生，但是聚氧乙烯鏈(-OC2H4-)側鏈的空間位阻效應不能充分發揮，分散性及分散保持性較差。

(6)引發劑用量對水泥凈漿流動度的影響

圖3.2為引發劑用量對水泥凈漿流動度的影響。引發劑用量按單體用量的百分比計算，從圖中可以看出其控制在3～5%時分子量比較合適，水泥凈漿流動度達到最大，分散效果最好。

(7)反應溫度對雙鍵殘余濃度、水泥凈漿流動度的影響

自由基聚合對溫度很敏感，溫度過低，引發劑引發效率低，反應速度慢，轉化率較低;溫度過高，反應速度快，極易暴聚。因此選擇一個適當的溫度有利于控制反應速度，提高產品質量。當溫度低于80℃，雙鍵平衡濃度大，單體轉化率稍低，水泥凈漿流動度較低，當溫度高于80℃，雙鍵平衡濃度稍微有點降低，單體轉化率提高。因此，在單體、引發劑滴加完全后，提高反應溫度以提高轉化率。

(8)聚合反應時間對水泥凈漿流動度的影響

聚合時間對減水劑的凈漿流動度的影響見圖3.3。

由圖3.3可知，水泥凈漿流動度隨聚合反應時間遞增，聚合反應在5h時流動度達到280mm，延長反應時間，水泥凈漿流動度有所增加，隨后增加不明顯，因此我們確定共聚物反應時間為5h～5.5h。

(9) MAS對水泥凈漿流動度的影響

表3.2結果表明，在MAA與RAWY-101酯的比例不變的情況下，隨著MAS的比例逐漸增大，減水劑的分散性和分散保持性都提高，但達到一定水平后，分散保持性能迅速下降。

四、 結論

通過研究得出了合成高性能減水劑的最優工藝條件:RAWY-101酯、MAA、MAS的最佳摩爾配比為1:2.5:0.5;最佳聚合溫度為85～90℃;最佳聚合時間為5～5.5h;最佳引發劑用量為總反應物質量的3～5%。

本研究成果已經安徽中鐵工程材料科技有限公司生產，產品按照代表著國內最高產品標準的《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》(科技基【2005】101號)進行了檢驗，水泥凈漿流動度、硫酸鈉含量、堿含量、減水率及收縮率等指標均較為明顯的優于《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》的技術要求。

通過與國內外其它羧酸以及萘系減水劑的性能相比，本研究成果生產的減水劑與同類產品相比具有更高的減水率、更好的保坍性、更好的水泥適應性及更低的成本。