聚羧酸緩釋型保坍劑的合成研究及應(yīng)用

江西省萍鄉(xiāng)市聯(lián)友建材有限公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000

1 前言

隨著城市建設(shè)發(fā)展的需要，目前混凝土地材稀缺、品質(zhì)較差的市場中混凝土技術(shù) 和用量要求越來越高，混凝土在使用過程中要求嚴(yán)格控制其收縮開裂率，由于混凝土坍落度損失的根本原因在于水泥的反應(yīng)，水泥遇水發(fā)生水化反應(yīng)，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，一部分自由水在水泥顆粒凝聚的過程中被包裹，另外一部分自由水被蒸發(fā)掉造 成了混凝土漿料中的自由水逐漸減少。聚羧酸系的減水劑一直以摻量小、減水率高、分散性優(yōu)的特點成為配制現(xiàn)代混凝土的首選外加劑之一，但隨著混凝土地材越來越差，混凝黏度增加、坍落度損失相對比較快，已經(jīng)不能跟上混凝土技術(shù)發(fā)展的步伐［1］。為了解決上述技術(shù)問題，用技術(shù)設(shè)計的原理為方案，備制出一種聚羧酸緩釋型保坍劑。

2 試驗部分

2.1 試驗原材料及儀器

（1）甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸、封端酰銨磷酸酯、丙烯酸羥丙酯、過硫酸銨、甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉、次磷酸鈉、水、中材水泥（PO.42.5）、河沙（細(xì)度模數(shù)2.6～2.9）、碎石（粒徑5～20mm）。

（2）儀器：500m：（四口燒瓶）、FA L004 電子天平、溫度計、JJ-1 150W 增力電動攪拌器、SXKW 數(shù)量控溫加熱套、BT100-2J 型恒流動泵、NT-160A 水泥凈漿攪拌機(jī)、SJO 60 型強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)、SYE-2000 型壓力試驗機(jī)等。

2.2 合成工藝

（1）稱取一定量水和一定質(zhì)量的TPEG 放入裝有溫度計和攪拌裝置的500ml 四口燒瓶中，甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉和丙烯酸羥丙酯升溫到38～45℃后攪拌一小時并將混合料緩慢升溫到58～62℃；

（2）加入引發(fā)劑過硫酸銨攪拌反應(yīng)時間為5～20min；然后滴加丙烯酸、封端酰銨磷酸酯、次磷酸鈉、水的混合溶液到反應(yīng)體系中，滴加時間為3.5～4.5h后在58～62℃保溫反應(yīng)1～2h，最后將反應(yīng)體系的溫度降溫到25～35℃向反應(yīng)體系中混合物加水均勻攪拌得到白色的液體即為理想濃度的聚羧酸緩釋型保坍劑。

通過小試驗研究在羧基團(tuán)比例對緩釋型保坍性能和強(qiáng)度的影響、反應(yīng)溫度對和易性影響、催化劑對保坍減水率的影響、鏈轉(zhuǎn)反應(yīng)對保坍性能影響、反應(yīng)時間對保坍性能影響［2］。其接技聚合物分子結(jié)構(gòu)如下：

2.3 結(jié)果與討論

（1）不同酸醚摩比對加入羧基和羥基的聚合特性能的影響：

圖1 不同酸用量凈漿經(jīng)時損失變化

從圖1 及實驗結(jié)果來看，酸的用量直接對減水率、保坍經(jīng)時時間均有不同影響；酸的摻量低將達(dá)不到理想的減水率和保坍時間；當(dāng)酸的摻量超過理想用量時，減水率則有明顯提高，但后期保坍效果較差。

（2）通過嚴(yán)格控制各種物料的添加順序和添加時間和反應(yīng)時間來實現(xiàn)有效降低混凝土的開裂率、水灰比、增加后期的流動性、改善混凝土密實程度，嚴(yán)格控制滴加時間和滴加順序是因為緩釋型保坍劑在聚合過程理想的狀態(tài)，為各單體均勻的發(fā)生聚合反應(yīng)，因每種單體的反應(yīng)活性及參與聚合的反應(yīng)速率的不同避免聚合不均勻［3］。采用逐步滴加的方式、時間的控制是為了最大可能的達(dá)到理想聚合狀態(tài)。

（3）聚合反應(yīng)溫度的控制對鏈引發(fā)劑起到非常關(guān)鍵的作用；溫度低則反應(yīng)活性低，聚合反應(yīng)速率低。

圖2 聚合物的轉(zhuǎn)化率和溫度的關(guān)系

從圖2 可見不同溫度條件下聚合物的轉(zhuǎn)化率差距明顯。研究溫度對聚羧酸緩釋型保坍劑的分散保持能力的性能影響就顯得十分必要。

3 聚羧酸緩釋型保坍劑的優(yōu)點和有益效果：

（1）主要是配方采用了甲基烯丙基聚氧乙烯醚（TPEG）、丙烯酸和甲基丙烯酸羥丙基磺酸鈉、丙烯酸羥丙酯、封端酰銨為主要原料。通過工藝控制使得改性聚醚和不飽和羧酸共聚，制備出有磺酸基、羧基和羥基等陰離子活性基團(tuán)的緩釋型保坍劑。

（2）上述基材中的負(fù)電荷便會與水泥顆粒表面的正電荷相互作用，使得緩釋型保坍劑分子牢固的吸附在水泥顆粒表面形成一層電子層，從而水泥表面帶有相同的電荷，必然彼此之間相互排斥，水泥顆粒就會分散開來，里面包裹的自由水分子被釋放出來參與流通，從而有效增加混凝土拌合物的流動性，避免出現(xiàn)離析、泌水等不良現(xiàn)象，從而有效降低混凝土的收縮開裂率，保持混凝土坍落度的良好性能，后期并能增加保坍功能的優(yōu)點，補(bǔ)充其經(jīng)時坍損，具有優(yōu)良的坍落度保持能力。例：用中材PO.42.5 的水泥、摻量0.15%、用水量29%。

凈漿經(jīng)時檢測見圖3 如下：

圖3 水泥凈漿時間表（min）

4 混凝土性能實施的效果

根據(jù)GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》測試混凝土拌合物的坍落度和坍落度經(jīng)時變化。混凝土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)到不同齡期、根據(jù)GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》測試混凝土的3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度。

以C30 混凝土為例配比如下表

行業(yè)內(nèi)同技術(shù)摻量的對比

從上表可以看出增加本產(chǎn)品——聚羧酸緩釋型保坍劑，能有效提高抗壓強(qiáng)度，降低坍落度經(jīng)時坍損，實現(xiàn)緩釋坍落度的效果。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)設(shè)計的原理，醚酸比例在5.5 時反應(yīng)溫度為62℃，在引發(fā)劑為過硫酸銨時，進(jìn)行逐步滴加聚合反應(yīng)的緩釋型保坍劑在中材P042.5 的水泥凈漿中具有緩慢釋放的特性。

（2）酸醚團(tuán)是聚羧酸系產(chǎn)品的主導(dǎo)官，并采用主鏈長度短、接枝數(shù)量多，使產(chǎn)品具有優(yōu)良的分散性，有效改善混凝土性能的和易性好，混凝土不粘稠對膠凝材料的包裹性好，具有較高的工作性能，并對混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯的提高。通過嚴(yán)格控制三段升溫反應(yīng)和各種原料加入順序使改性聚醚和不飽和羥酸菜聚充分，提供更多磺酸基、羥基、羧基等陰離子活性基團(tuán)來實現(xiàn)降低開裂率延遲其坍損速度的效果，保證后期增加保坍功能和聚羧酸的聚合物。

（3）通過混凝土試驗結(jié)果可以看出摻入產(chǎn)品后，避免了出現(xiàn)泌水、離淅、包裹性差等不良現(xiàn)象；后期出現(xiàn)優(yōu)異的保坍性、有效降低混凝土經(jīng)時坍落度的損失，改善混凝土的密實程度，提高混凝土的耐久性。