VPEG型聚羧酸減水劑的性能研究

王文榮

摘 要：用VPEG（4-羥丁基乙烯基聚醚）制備聚羧酸減水劑技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于起步階段。在制備工藝、適應(yīng)性、混凝土和易性、力學(xué)性能等方面研究VPEG型聚羧酸減水劑的性能特點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，新型VPEG型聚羧酸減水劑制備工藝簡(jiǎn)便，適應(yīng)性較好，混凝土早期強(qiáng)度高。

關(guān)鍵詞：VPEG;聚羧酸減水劑

1 前言

聚羧羧減水劑在1986年率先由日本發(fā)明后得到快速發(fā)展，由于其結(jié)構(gòu)性能多樣化，在我國(guó)眾多大型工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。聚醚單體是聚羧酸減水劑的主要組成部分，聚醚大單體由最早出現(xiàn)的酯類單體、烯丙基聚醚（APEG）發(fā)展到現(xiàn)在較為成熟的異戊烯基聚醚（TPEG）單體、異丁烯基醚（HPEG），直到近年開發(fā)出的VPEG單體。目前市售的聚羧酸減水劑以HPEG型及TPEG型聚羧酸減水劑為主。國(guó)外某些化工巨頭針對(duì)VPEG單體已開發(fā)出系列化產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)外加劑廠家具備VPEG型減水劑制備技術(shù)^[1]。VPEG聚醚雙鍵共聚活性高，另外分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中適當(dāng)增加了一端的親油性，這使得制備出的新型聚羧酸減水劑具有特殊的性能優(yōu)勢(shì)。利用VPEG聚醚單體的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，開發(fā)出系列化產(chǎn)品，將有助于改善聚羧酸減水劑敏感性及相容性問(wèn)題。

本研究從制備工藝、產(chǎn)品性能、適應(yīng)性、和易性等方面深入探討VPEG型聚羧酸減水劑的特點(diǎn)，對(duì)新型聚羧酸減水劑的推廣及應(yīng)用具有重要意義。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

2.1.1 化學(xué)試劑：VPEG分子量4000（工業(yè)級(jí)）、丙烯酸（工業(yè)級(jí)）、雙氧水（工業(yè)級(jí)）、巰基丙酸（工業(yè)級(jí)）、還原劑（自制）。

2.1.2 華新P·O42.5水泥;亞?wèn)|P·O42.5水泥;海螺P·O42.5水泥。

2.2 新型減水劑的制備

先在容器中加入一定量的聚醚單體和水，待單體全部溶解后，加入雙氧水，滴加液A（由丙烯酸、巰基丙酸、還原劑（自制）組成）。滴加結(jié)束后，得到VPEG型聚羧酸減水劑。最佳制備工藝：丙烯酸與聚醚單體摩爾比為4.5：1，其他按單體總質(zhì)量百分比加入（雙氧水0.3%、自制還原劑0.1%、MPA0.15%），反應(yīng)溫度15～25℃，反應(yīng)時(shí)間1h。

3 結(jié)果與討論

3.1 新型聚羧酸減水劑的制備工藝分析

目前外加劑市場(chǎng)存在少量的酯類產(chǎn)品，該產(chǎn)品制備工藝復(fù)雜，反應(yīng)溫度要達(dá)到100℃以上，合成時(shí)間（8h～10h）較長(zhǎng)，且在生產(chǎn)過(guò)程中涉及到環(huán)保污染問(wèn)題，國(guó)內(nèi)只有及少數(shù)廠家保留酯類生產(chǎn)工藝，酯類產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)在于適應(yīng)性廣，拌制混凝土和易性較高，通常和其他產(chǎn)品搭配使用;APEG型聚羧酸減水劑由于烯丙基聚醚單體活性較低，反應(yīng)溫度在80℃左右，合成時(shí)間在6h～8h，減水率較低，現(xiàn)在聚羧酸減水劑市場(chǎng)上基本無(wú)此類產(chǎn)品;HPEG型及TPEG型聚羧酸減水劑是目前的主流產(chǎn)品，其制備工藝通常采用常溫或加熱（60℃左右）制備，反應(yīng)時(shí)間在3h～5h，這兩類產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)在國(guó)內(nèi)已趨于成熟^[2];VPEG聚醚單體雙鍵共聚活性較高，VPEG型聚羧酸減水劑反應(yīng)溫度在15～25℃，大大降低了生產(chǎn)能耗，整個(gè)反應(yīng)時(shí)間在1h～1.5h，極大的縮短了制備時(shí)間，這為新型聚羧酸減水劑的工業(yè)化生產(chǎn)提升更高的效率。

3.2 新型VPEG聚羧酸減水劑的水泥適應(yīng)性研究

選取華新P·O42.5水泥、亞?wèn)|P·O42.5水泥、海螺P·O42.5水泥，通過(guò)水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)研究不同類型的聚羧酸減水劑與不同水泥之間的相容性，減水劑的摻量為水泥質(zhì)量的0.5%，相容性試驗(yàn)見(jiàn)表1。

從表1水泥凈漿數(shù)據(jù)得知，針對(duì)華新P·O42.5水泥，摻有三種聚羧酸減水劑的水泥凈漿初始流動(dòng)度較低，TPEG型聚羧酸減水劑的初始水泥凈漿為240mm，1h后降為205mm，損失較大，HPEG型與VPEG型聚羧酸減水劑表現(xiàn)出良好的相容性;針對(duì)亞?wèn)|P·O42.5水泥，三種聚羧酸減水劑的均有較高的水泥凈漿初始流動(dòng)性，HPEG型聚羧酸減水劑的初始水泥凈漿為，1h降為200mm，流動(dòng)度損失較大，TPEG型與VPEG型聚羧酸減水劑表現(xiàn)出良好的相容性;針對(duì)海螺P·O42.5水泥，三種聚羧酸減水劑的均有較高的水泥凈漿初始流動(dòng)性，HPEG型聚羧酸減水劑的水泥凈漿經(jīng)時(shí)損失較大（初始為285mm，1h降為210mm），TPEG型聚羧酸減水劑的水泥凈漿同樣具有一定的損失（初始為280mm，1h降為215mm），而VPEG型聚羧酸減水劑與海螺P·O42.5水泥相容性較好，水泥凈漿初始流動(dòng)度為280mm，1h后水泥凈漿流動(dòng)度仍有240mm;試驗(yàn)結(jié)果分析表明，VPEG型聚羧酸減水劑對(duì)三種水泥表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性。

由于新型聚羧酸減水劑中聚醚側(cè)鏈擺動(dòng)自由度大，提高了聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)中側(cè)鏈對(duì)水泥顆粒的包裹性和纏繞性，受水泥中堿含量、硫酸根離子含量等其他因素影響較小，因此制備出的新型聚羧酸減水劑具有更好的適應(yīng)性。

3.3 新型VPEG聚羧酸減水劑對(duì)混凝土工作性能影響

C40混凝土配合比：水泥302Kg/m³（亞?wèn)|水泥PO·42.5），陽(yáng)邏粉煤灰138Kg/m³（I級(jí)灰），砂685 Kg/m³（細(xì)度模數(shù)3.0），石1090 Kg/m³（5～25mm），水灰比為0.38?；炷凉ぷ餍砸?jiàn)表2。

混凝土原材料砂的細(xì)度模數(shù)為3.0偏粗，混凝土拌合物保水性差。HPEG型聚羧酸減水劑其減水率較高，由于砂石級(jí)配存在問(wèn)題，混凝土拌合物出現(xiàn)粘聚性較差，泌水現(xiàn)象，初始坍落度/擴(kuò)展度為220/550mm，1h后坍落度、擴(kuò)展度損失嚴(yán)重，基本無(wú)流動(dòng)性。TPEG型聚羧酸減水劑減水率適中，混凝土拌合物粘聚性稍好，稍有漏石，初始坍落度/擴(kuò)展度為210/530mm，1h坍落度/擴(kuò)展度為175/440mm，1h后坍落度、擴(kuò)展度有一定的損失。VPEG型聚羧酸減水劑減水率其他類型產(chǎn)品性能相當(dāng)，混凝土拌合物粘聚性、包裹性較好，無(wú)泌水泌漿現(xiàn)象，初始坍落度/擴(kuò)展度為215/540mm，1h坍落度/擴(kuò)展度為200/500mm，混凝土坍落度、擴(kuò)展度損失非常小，能保持優(yōu)良的工作性能。由于VPEG聚醚大單體中的特殊結(jié)構(gòu)，制備出的新型聚羧酸減水劑的保坍效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其他類型的產(chǎn)品。在水泥漿體中，聚羧酸減水劑分子靠主鏈的吸附及側(cè)鏈在漿體中的展開起分散作用，相比其他類型的聚醚側(cè)鏈，VPEG型聚羧酸減水劑的側(cè)鏈?zhǔn)軡{體中堿含量、硫酸根離子含量等環(huán)境影響較小，更容易使側(cè)鏈在水泥漿體中充分伸展，充分發(fā)揮聚羧酸主鏈的吸附作用，從而達(dá)到優(yōu)異的分散性能及保坍性能。

3.4 新型VPEG聚羧酸減水劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

研究三種不同類型聚羧酸減水劑對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，混凝土抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表3。

摻有HPEG型聚羧酸減水劑與TPEG型聚羧酸減水劑的混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度相差不大，摻有VPEG型聚羧酸減水劑的混凝土1d抗壓強(qiáng)度為15.02Mpa，相比HPEG型產(chǎn)品，混凝土1d抗壓強(qiáng)度提高18%;摻有VPEG型聚羧酸減水劑的混凝土3d抗壓強(qiáng)度為28.56Mpa，相比HPEG型產(chǎn)品，混凝土抗壓強(qiáng)度提高14%;摻有三種不同類型減水劑的混凝土28d抗壓強(qiáng)度相差不大。綜上所述，新型VPEG聚羧酸減水劑具有較好的早期強(qiáng)度，在混凝土1d、3d齡期表現(xiàn)尤為明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

新型VPEG聚羧酸減水劑在制備工藝、混凝土和易性、坍落度保持能力等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，并且具有一定的早強(qiáng)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾君.VPEG 型聚羧酸減水劑的合成[J].廣州化工，2015，43（3）：105-107.

[2] 孫振平，楊輝.國(guó)內(nèi)聚羧酸系減水劑的研究進(jìn)展與展望[J].混凝土世界，2013（3）：31-35.