一種混凝土和易性調節劑合成工藝及性能應用的研究

曹玉林 任元軍 于小雷 張玉松 王金虎

【摘 ?要】探討了 HPEG、MBA交聯劑、丙烯酸在氧化還原引發及調節劑體系下的常溫反應合成工藝，從調節劑與聚羧酸高性能減水劑相容性、對水泥漿體及混凝土性能的影響、離析泌水后的混凝土調整進行了測試研究 。

【關鍵詞】和易性調節劑;常溫合成;保水增稠;抑制泌水;離析調整 。

引言

目前 聚羧酸高性能減水劑在混凝土外加劑領域中已占了主導地位，但在應用方面仍存在著對摻量及用水量敏感的問題，混凝土泵后混凝土坍落度損失大，易出現離淅泌水等問題，需要加入保水調粘劑如：纖維素類、溫輪膠、黃原膠、海藻酸鈉等來解決上述問題。常用的這幾種調粘劑都存在與聚羧酸高性能減水劑相溶性不好的問題，易產生絮凝沉淀，加入量不足有時不能很好的解決混凝土離淅泌水問題。現在市場上也出現多種性能不同的和易調節劑，本研究提供一種交聯型聚羧酸系和易性調節劑及其制備方法， 制備的調節劑結構與聚羧酸系減水劑相近，相容性好，長期存放均穩定，并且在水泥堿性體系中可部分水解，協同減水劑解決坍落度損失大的問題。合成工藝簡單，綠色環保，能耗低。產品性能優于HPMC、HEMC、SA等常用的保水增稠劑。

1試驗部分

1.1試驗原材料及儀器

（1）原材料（均為工業級）： 佳化HPEG2400;丙烯酸，27.5%過氧化氫;維生素C;30%氫氧化鈉;交聯劑MBA; 分子量調節劑Y901;聚羧酸高性能減水劑ZK-9D（自產）P·O 42.5級中聯水泥;細度模數3.0的天然河砂;粒徑5-20mm碎石。

（2）儀器：1000ml四口燒瓶，60L單臥軸混凝土攪拌機等。

1.2聚羧酸減水劑的合成

在環境溫度下稱取一定質量的純水加入裝有溫度計和攪拌裝置的1000ml四口燒瓶中，開動攪拌加入 HPEG100g，升溫20度至HPEG溶解后開始加入引發劑2.3g并分別滴加還原劑0.5g和分子量調節劑的混合溶液、丙烯酸和MBA分子量調節劑的混合溶液，控制40分鐘滴加完，保溫一定時間結束后快速加入稀釋水，用30%氫氧化鈉溶液調節pH為5～6，即得成品。

2.結果與討論

2.1正交試驗與試驗結果分析

在環境溫度的條件下，丙烯酸與大單體的摩比4.9：1，在試點合成基礎上考察 MBA用量、底水用量、反應時間h 、分子量調節劑Y901用量等4個因素對所合成的減水劑性能的影響。用L9（34）均勻設計表安排正交試驗，以產品粘度為實驗指標，在保證調節劑可溶性下確定最優的配比及反應條件。

通過試驗所得結果的極差分析，影響調節劑的各個試驗因素的主次關系為底水用量>MBA用量>反應時間>分子量調節劑用量。最佳工藝條件為：在n（HPEG2400）：n（AA） =1：4.9不變的條件下，底水用量;MBA用量;反應時間;分子量調節劑用量為1：3：3：2。在此反應條件下進行驗證實驗，產品粘度為932mpa.s，符合各正交試驗所得規律。

由上述反應條件可以看出，底水量少粘度越大，MBA用量越多粘度越大，時間長粘度增大，適中最好。在正交試驗級數上分別變動一個級數用底水200，MBA用量10，分子量調節劑1.0，其它反應條件不變，結果滴加完成10分鐘物料快速交聯成果凍無溶解性。

采用正交所得最佳配方工藝用50L釜放大生產，生產控制正常產品粘度為872mpa.s

2.2產品與聚羧酸高性能減水劑相容性及穩定性測試

（1）選用體公司ZK-9D聚羧酸系減水劑，按不同調節劑：減水劑9D：水=1：300：691稱取同等重量的放大合成所得調節劑BW與常用保水增稠劑HPMC、HEPC以及海藻酸鈉3種物質與減水劑配置成水溶液，靜置5、28天，觀察其相溶穩定性，BW和易性調節劑能夠很好的溶解于聚羧酸系減水劑的水溶液中，而HPMC、HEMC、溫輪膠等保水調節劑由于極性及電荷型的原因并不能很好與聚羧酸系減水劑水溶液相溶。后增加BW 調節劑的加入量，依然可以與聚羧酸系減水劑水溶液有很好的相溶。

（2）產品穩定性試驗：通過粘度變化來分析產品穩定性，5%BW剛生產時粘度862mpa.s，15d后粘度856mpa.s，28d后粘度832 mpa.s澄清透亮。通過28天觀察，合成BW調節劑產品自身穩定性良好，優于傳統的幾類增稠保水劑。

2.3混凝土性能試驗

本試驗混凝強度等級為C30，其中水泥260kg/m3，粉煤灰120kg/m3、砂率48%，水灰比0.45。

由實驗數據可得，BW產品與聚羧酸系減水劑具有良好的復配效果，提升其減水能力，能夠有效降低混凝土在使用過程出現泌水離析的概率，提升混凝土抗壓強度。

2.4產品水泥凈漿流動度及稠度性能檢測

按標準TB/T3275-2018中增粘劑試驗方法檢測：

通過檢測可以得出：BW摻量0.3% 時能達到標準TB/T3275-2018中增粘劑的指標要求。

2.5混凝土離析調整

混凝土運送到工地現場常出現離析泌水的情況，直接泵送或使用會造成堵泵及混凝土跑漿影響混凝土整體質量，一般處理方法：1、返回攪拌站加入部分砂灰調整后再運回工地使用，2、攪拌車在工地等待一段時間（有時會呆幾個小時）至混凝土部分水化后收漿后才繼續使用。這樣雖然保證了混凝土后期質量，但是費時費力，影響施工正常進度。在混凝土調整試驗中發現當混凝土出現泌水時后加保水增稠劑能馬上有效改變泌水現象。備產品在現場試用情況如下：

通過現場實際應用，后加調節劑能有效解決工地混凝土離析泌水現象，使施工能順利進行。與攪拌站溝通每車除了帶10KG減水劑解決工地混凝土損失過快外增加10調節劑來解決工地混凝土的離析泌水。后續多次跟蹤效果良好。

3.結論

（1）通過選擇合適配比和工藝，。最佳工藝條件為：用n（HPEG2400）：n（AA） =1：4.9，底水用量200;MBA用量8;反應時間：80Min;分子量調節劑用量為1.0。滴加速度為40min，反應濕度溫度為20℃，過氧化氫為單體總量的0.88%。

（2）對最佳工藝條件下所合成的產品進行了應用性能測試，產品穩定性好，與聚羧酸高性能減水劑的相容性良好，能有效抑制混凝土泌水，對混凝土減水及強度無影響。在摻量0.3%時能達到標準TB/T3275-2018中增粘劑增稠指標要求。

（3）該生產工藝合成簡單綠色環保，生產成本低，具有良好的市場應用前景。

（4）通過后加法能有效解決混凝土工地現場后滯泌水離析問題，此類調節劑將成為攪拌罐車必備的物料之一。

參考文獻

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作者簡介：曹玉林，1994年天津大學化學工程專科畢業，長期從事混凝土外加劑的技術工作。