酰胺型聚羧酸減水劑合成工藝及性能研究

魏曉丹

（福建省建筑科學(xué)研究院，福建 福州 350100）

目前在研究聚羧酸系減水劑時(shí)，工藝簡(jiǎn)化、成本降低、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提高為主要方向，同時(shí)也注重產(chǎn)品應(yīng)用性能的提升、保坍性的改善等。本文設(shè)計(jì)合成具備優(yōu)異保坍性能、較低能耗的聚羧酸系減水劑，原材料選取聚醚胺（PN-220）、聚丙烯酸（PAA），在同時(shí)引入羧基、酰胺基的一步法合成工藝采用下，可實(shí)現(xiàn)混凝土坍落度保持性的改善。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)單體比例、相對(duì)分子質(zhì)量、聚合溫度等影響規(guī)律展開(kāi)分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

自制聚乙二醇丙烯酸單酯大單體；丙烯酸、丙烯酰胺、馬來(lái)酸酐、過(guò)硫酸銨及甲基丙烯磺酸鈉（均為分析純）；普硅水泥；中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。

Zeta點(diǎn)位分析儀、Nano ZS 90型納米粒度；GJ 160-2 水泥凈漿攪拌機(jī)；JJ-5水泥膠砂攪拌機(jī)等。

1.2 合成工藝

將一定量的聚醚胺、聚丙烯酸加入裝有攪拌器、溫度計(jì)、分水器和冷凝回流管的250mL四口燒瓶中，氮?dú)馔ㄈ牒蠹訜嵩牧蟍1]。在其溫度提高至一定時(shí)保持一定時(shí)間的恒溫狀態(tài)后，冷卻至100℃以下將少量去離子水加入，攪拌均勻。

1.3 砂漿試驗(yàn)

以《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》（GB 8077-2000）規(guī)定的跳桌法砂漿流動(dòng)度試驗(yàn)的高60mm、上下口內(nèi)徑分別為70mm、100mm的截錐圓模作為砂漿流動(dòng)度試驗(yàn)裝置。砂漿中灰砂比為1：2，使用能將砂漿流動(dòng)度變?yōu)椋?50±10）mm的水量，減水劑摻量0.20%。

以《水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T 17671-1999）操作程序進(jìn)行砂漿制備，用濕毛巾潤(rùn)濕玻璃板、試驗(yàn)圓模，玻璃板保持水平，并將試模置于其中央[2]。在完成砂漿攪拌后，快速朝著試模導(dǎo)入，并緩慢的以垂直方向提起，停止流動(dòng)后以兩個(gè)垂直方向直徑為對(duì)象進(jìn)行測(cè)量并計(jì)算平均值（精確值5mm），該值為砂漿流動(dòng)度。隨后，收回所有砂漿并將其裝入帶蓋的不吸水容器中，避免水分蒸發(fā)。放置1h后，觀察是否有泌水出現(xiàn)，再次攪拌、靜置，并于1h后測(cè)量流動(dòng)度。以相同方式分別對(duì)靜置90、120min后的砂漿流動(dòng)度進(jìn)行測(cè)量。

1.4 混凝土試驗(yàn)

以《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080-2002）中規(guī)定的方法對(duì)混凝土拌合物初始坍落度及徑直60min、90min、120min后的坍落度。

以《混凝土外加劑》（GB 8076-2008）和《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）中的相關(guān)要求為根據(jù)，對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度比進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

通過(guò)分析、試驗(yàn)得知，聚丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量為5000，單體分子與聚醚胺摩爾比為0.15，聚合時(shí)間為30min，聚合溫度為195℃。

以上述試驗(yàn)工藝為基礎(chǔ)，依次改變聚丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量、單體比例、聚合時(shí)間與溫度，以此類條件對(duì)聚合產(chǎn)物流動(dòng)度保持性、減水率影響規(guī)律為對(duì)象進(jìn)行分析。在對(duì)減水劑流動(dòng)度保持性進(jìn)行衡量時(shí)，本文主要以120min后的流動(dòng)度大小為依據(jù)。

2.1 PAA的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)聚合產(chǎn)物減水率和流動(dòng)度保持性的影響

下表1為聚丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)聚合產(chǎn)物減水率、流動(dòng)度保持性的影響。隨著聚丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量的下降，相應(yīng)地就會(huì)增加聚合產(chǎn)物減水率[3]。聚丙烯酸為7500的相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)，聚合產(chǎn)物表現(xiàn)出6.30%的減水率；聚丙烯酸為2500的相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)，聚合產(chǎn)物可達(dá)到34.4%的減水率；聚丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量5000時(shí)，聚合產(chǎn)物表現(xiàn)出25.0%的減水率，流動(dòng)度保持性較佳，129min后損失的流動(dòng)度僅有10mm。

基于此，聚丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量為5000時(shí)有較好的聚合產(chǎn)物減水率、流動(dòng)度保持性。

表1 聚丙烯酸相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)聚合產(chǎn)物減水率、流動(dòng)度保持性的影響

2.2 單體比例對(duì)聚合產(chǎn)物減水率和流動(dòng)度保持性的影響

下表2為PAA5000與PN-200的摩爾比對(duì)聚合產(chǎn)物減水率、流動(dòng)度保持性的影響結(jié)果[4]。根據(jù)下表可發(fā)現(xiàn)，摩爾比能在很大程度上對(duì)聚合產(chǎn)物減水率構(gòu)成影響，然而幾乎不會(huì)影響流動(dòng)度保持性。當(dāng) 與 之間有0.15的摩爾比時(shí)，減水率及流動(dòng)度保持性相對(duì)更佳。

表2 PAA5000與PN-200的摩爾比對(duì)聚合產(chǎn)物減水率、流動(dòng)度保持性的影響

表3 聚合時(shí)間對(duì)聚合產(chǎn)物減水率和流動(dòng)度保持性的影響

2.3 聚合時(shí)間對(duì)聚合產(chǎn)物減水率和流動(dòng)度保持性的影響

下表3為聚合時(shí)間對(duì)聚合產(chǎn)物減水率和流動(dòng)度保持性的影響結(jié)果。根據(jù)下表可發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)物減水率在10、20、30min時(shí)，基本保持相同，流動(dòng)度保持性有所改善；而在60、90min時(shí)減水率、流動(dòng)度保持性明顯降低。故而聚合時(shí)間應(yīng)以30min為佳。

2.4 不同減水劑的性能對(duì)比

采用最佳合成工藝得到的減水劑 與 比較，當(dāng)0.20%的減水劑摻量時(shí)，砂漿中 與 的減水率分別為23.9%、24.5%，具體如下圖所示。

根據(jù)圖中所示，的流動(dòng)度保持性遠(yuǎn)高于 ，這也表示了若是混凝土坍落度要求偏高，采用 更符合。

圖1 砂漿中摻加不同減水劑后的流動(dòng)度保持性

3 結(jié)語(yǔ)

本文就酰胺類聚羧酸減水劑合成工藝展開(kāi)了分析，依據(jù)單因素變化試驗(yàn)所取得的合成工藝參數(shù)較為良好：聚丙烯酸為5000相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)，單體分子與聚醚胺摩爾比為0.15，聚合時(shí)間為30min，聚合溫度為195℃。

依據(jù)該合成工藝得到的酰胺類聚羧酸減水劑運(yùn)用至混凝土中，減水率可達(dá)到27.3%，拌合物在120min后可保持180mm的坍落度，將該減水劑摻加至混凝土中，可使其具備較為良好的強(qiáng)度。