一種聚羧酸高性能保坍劑的研制及應用

周紅，廖聲金，王偉，胡鐵剛，彭廈

（長沙加美樂素化工有限公司，長沙 410000）

0 引言

綠色混凝土是現代高性能混凝土研究與應用非常關注的一個發展趨勢[1]。混凝土中摻有較多的粉煤灰、礦粉渣、石灰石粉、沸石粉和偏高嶺土等數種礦物超細粉，而礦物超細粉往往含有較多的活性硅鋁酸鹽，其內部孔隙率大，吸附性強，常導致混凝土離析泌水或流動性損失過快等問題。

目前，用來降低坍落度損失的方法主要有：（1）滯水摻法及后摻法；（2）摻外加劑法；（3）造粒法。其中，第1 種方法操作簡單，在混凝土中應用較廣泛。但是這種方法的作用有一定的限度，使用上有一定的局限性；第 3 種方法是將減水劑及其載體造成不同粒徑、不同溶解速率的顆粒狀物，摻到新拌混凝土中，形成不同的溶解梯度，使體系中的減水劑始終維持在臨界膠束或準臨界膠束狀態，最終使坍落度不損失或損失很小，但其中對粒徑及溶解速率的控制，需要非常精密的設備，因而設備成本十分昂貴；第 2 種方法尤其是摻加反應型外加劑目前在國外應用非常普遍，并取得了良好的效果，在國內也受到了外加劑行業人士的高度關注，正處于推廣應用的關鍵時期，摻加反應型外加劑將成為今后的發展趨勢。

控制坍落度損失的外加劑中，聚羧酸類作為第三代外加劑具有廣闊的發展前景，與傳統外加劑相比，聚羧酸類外加劑分散性更好，對環境友好，分子結構可設計性強，坍落度保持能力也有顯著的提高，因而成為各國研究的熱點[2-4]。

本文以高分子材料分子設計原理為指導，以綠色化學為基礎[5]，研究合成了一種聚羧酸高性能保坍劑（Le-su 913），采用異戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸和丙烯酸羥乙酯的混合單體進行自由基聚合，所得的醚類聚合物具有很好的坍落度保持性能，能夠較好地解決目前混凝土坍落度損失大的工作性問題。

1 實驗

1.1 主要實驗原材料與儀器

實驗原材料及儀器見表 1～表 3。

表1 制備聚羧酸保坍劑主要實驗原材料

表2 混凝土性能測試用主要原材料

表3 主要儀器設備

1.2 聚羧酸高性能保坍劑（Le-su 913）的制備

聚羧酸高性能保坍劑 (Le-su 913) 的制備分兩步完成：

（1）在帶有增力電動攪拌器的三口瓶中加入一定配比的TPEG 和去離子水，將三口瓶置于數顯恒溫水箱里，設定溫度為 (58±1)℃，在一定的轉速下，使 TPEG 充分溶解，待溫度穩定在 58℃ 時加入現配的一定比例的 DE 溶液，均勻攪拌2～3min，設定溫度為 (60±1)℃。

（2）現配一定比例的 DD、鏈轉移劑混合溶液 A，及AA、HEA 混合溶液 B，用恒流泵采取雙滴加的方式滴入三口瓶中，滴加時長為 2.0h，保溫 1h，最后在溶液溫度為50～54℃ 時加入液堿調節 pH 值至 6.8，得到淺黃色透明液體，即得固含量為 40% 的聚羧酸高性能保坍劑 (Le-su 913)。其合成工藝流程圖見圖 1。

圖1 聚羧酸高性能保坍劑的合成工藝流程

2 性能測試及表征

（1）水泥凈漿流動度、砂漿減水率試驗參照 GB/T8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》，及 GB 8076—2008《混凝土外加劑》，進行測試。水灰比為 0.29，減水劑摻量為 0.9%，凈漿試驗均采用中材 P·O42.5水泥；

（2）混凝土坍落度損失及其保持性參照 JC473—2001《混凝土泵送劑》進行測試，其中水泥采用中材 P·O42.5 水泥；

（3）不同齡期混凝土抗壓強度參照 GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法》進行測試，其中水泥采用中材 P·O42.5 水泥；

（4）不同水泥對保坍劑的適應性參照 JC473—2001《混凝土泵送劑》進行測試。

3 結果與討論

3.1 Kami 916 水泥凈漿流動度

參照 GB/T8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中的水泥凈漿流動度測試方法，取流淌部分相互垂直的兩個方向的最大直徑，作為樣品的水泥凈漿流動度。檢測室溫為20℃，結果見表 4。

表4 Kami 916 凈漿流動度試驗結果

從表 4 可以看出，對于不同的摻量情況下，1 小時后的水泥凈漿流動度較初始流動度都增大，說明保坍劑具有很好的緩釋效果。

3.2 減水率測試

考察了聚羧酸保坍劑 Le-su913、標準型聚羧酸減水劑Kami313 以及聚羧酸減水劑和聚羧酸保坍劑混合物的減水性能，結果見表 5。

表5 減水率測試結果

由此可見，Le-su 913 具有一定的減水效果，它與 Kami 313 復配以后，具有協同效應，大大提高了復合減水劑的減水作用，使高性能減水劑的減水率達到 28%。

3.3 坍落度損失及強度實驗結果

考察了聚羧酸高性能保坍劑對混凝土工作性能的影響，所用混凝土配合比見表 6，性能測試結果見表 7。

表6 混凝土配合比 kg/m3

表7 Le-su 913 對混凝土性能的影響

由表 7 可以看出，未復配保坍劑的減水劑減水效果較好，但坍落度損失較大；該聚羧酸高性能保坍劑復配聚羧酸高性能減水劑后對砂石的粘聚性好，混凝土不出現泌水和離析現象，且具有優異的保坍性，抗壓強度也滿足需求；它的保坍性能及強度都優于市面的同類型保坍劑。

3.4 聚羧酸高性能保坍劑與水泥的適應性

采用 4 種不同水泥，考察了聚羧酸高性能保坍劑與不同水泥的適應性。混凝土配比為表 6 所示，外加劑配比為 80%Kami 313＋20% Le-su 913，摻量為 1.8%

由表 8 可見，對于不同的水泥，聚羧酸高性能保坍劑都能表現出良好的保坍性能，3 小時后的坍落度損失小。該保坍劑與不同水泥的適應性良好。

表8 Le-su 913 的水泥適應性

4 結論

（1）采用異戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸和丙烯酸羥乙酯的混合單體進行自由基聚合，所得的聚羧酸高性能保坍劑具有一定的減水效果，它與聚羧酸高性能減水劑復合使用時可明顯提高減水率，且保坍性能優異。

（2）該保坍劑具有優越的保坍性能，與其他聚羧酸減水劑復配使用，能使混凝土的坍落度保持性能得到極大提高，混凝土 1 小時幾乎無坍落度損失，3 小時后仍具有較好的保坍性能，成功解決了混凝土坍損大的問題。

（3）該保坍劑對不同水泥具有良好的適應性。

[1]PLANK J,HIRSCHCH. Impact of Zeta potential of early cement hydration phases on superplasticizer adsorption [J].Cement and Concrete Research,2007,37(4): 537-542.

[2]田培，姚燕，王玲，等．2002-2003 年中國混凝土外加劑現狀及發展趨勢[J]．國外建材科技，2004,25(4): 92-94．

[3]鄭國鋒，劉永生，魯統衛．聚羧酸高效減水劑保坍能力的初步探討[J]．化學建材，2007,23(1): 50-51．

[4]曾文．摻減水劑泵送混凝土坍落度損失問題的研究[D]．西安：西安冶金建筑學院，1990．

[5]蔡高．高性能外加劑特殊化學結構與作用機理[J]．混凝土，2005(4): 3-6．