新型高保坍聚羧酸母液的合成及其性能研究

孟祥杰

（重慶建研科之杰新材料有限公司，重慶 402760）

0 前言

項目通過酯醚比設計和功能單體選擇，制備出不同的聚羧酸保坍母液樣品，通過水泥和混凝土性能試驗調整，達到長時間保坍的效果，對進一步工業化生產和提高商品混凝土企業生產效率有指導意義。

1 試驗

1.1 主要合成用原材料

聚醚單體（TPEG），分子質量 2400，工業級；功能單體，工業級；丙烯酸（AA），主含量 99%，工業級；丙烯酸羥乙酯（HEA），主含量 93%，工業級；雙氧水，主含量 27.5%，工業級；吊白塊，工業級；巰基乙醇（MCH），工業級；氫氧化鈉，48%，工業級；葡萄糖酸鈉，工業級。

1.2 混凝土用原材料

（1）水泥：采用臺泥 P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥，其性能指標見表1，水泥各項指標符合 GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》標準要求。

表1 水泥的性能指標

（2）粉煤灰：重慶珞璜電廠產粉煤灰，其性能指標見表2。

表2 粉煤灰的相關性能 %

（3）砂：機制砂，細度模數為 2.8，MB=3.0，含粉量 11%。

（4）石子：小石子粒徑為 5～10mm 的碎石，大石子粒徑為 10～25mm 的碎石。

（5）水：自來水，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》中規定的拌合用水要求。

（6）聚羧酸減水劑：重慶建研科之杰新材料有限公司自產保坍母液 PCE-1（原工藝）、PCE-2 和 PCE-3（改進工藝）、市售某廠家保坍母液 PCE-4，固含量均為 40%。

該研究是對吉安（油田話）的單字調調值的第一次具體研究，通過所得的實驗數據，得出結論：年青者（23歲）調類的基頻整體上低于其他兩位年長發音人的基頻，年長者（68歲）的陽平尾端有明顯的下降，不同于其他兩位發音人，說明年齡差異影響到調類變化，歷史上陽平有可能是個升降調，為了證明這一想法，筆者將會在另一論文中進行證明。因此，暫且認為油田方言總共有四個調類，陰平，陽平，上聲和去聲，入聲歸入陰平和去聲。

1.3 合成設備與工藝

本研究所用到的儀器設備如表3 所示。

表3 主要試驗儀器設備

往裝有加熱裝置、溫控裝置、冷凝回流裝置和攪拌器的四口瓶中加入計量好的水及 TPEG 和功能單體，加熱攪拌至大單體全部溶解，待升溫至 45℃ 后分別滴加雙氧水的水溶液、吊白塊和巰基乙醇的水溶液、AA 和HEA 的水溶液，控制在 3h 內滴完，再恒溫 1h，加入30% 氫氧化鈉調節 pH 值至 6.0～7.0，即得到了聚羧酸減水劑，通過調整酯醚比 n(HEA)∶n(TPEG) 合成了 3組不同的聚羧酸減水劑。

1.4 產品性能檢測方法

（1）水泥凈漿流動度測定按照 GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中的標準方法進行。

（2）混凝土拌合性能按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法》進行測試。

（3）混凝土的抗壓強度按照 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學性能試驗方法》進行測試。

2 結果與討論

在反應溫度 45℃ 條件下，改變酯醚比 n(HEA) :n(TPEG) 分別為 3:1、4:1、5:1 及市售樣品，合成方案設計見表4。

表4 合成方案設計

2.1 對凈漿流動度的影響

保坍母液合成過程中酯醚比、功能單體用量變化對減水劑的分散性有很大影響，合成三種保坍母液及市售產品進行凈漿試驗，凈漿試驗配合比：C=300，W=87，AD：0.5%，W/C=0.29，測試 0h、1h、2h、3h 凈漿流動度，試驗結果見表5、圖1。

表5 水泥凈漿流動度試驗 mm

圖1 保坍母液對凈漿流動度影響

酯醚比由 3:1、4:1、5:1 變化，同時改變功能單體用量變化，即對應合成樣品 PCE-1、PCE-2、PCE-3，通過凈漿數據分析，初始凈漿擴展度呈現下降趨勢，特別是酯醚比 5:1，功能單體用量在 0.6% 時，初始擴展度為 190mm，小于 PCE-1、PCE-2 擴展度 10mm 以上。隨著時間的推移，測試 1h、2h、3h 凈漿擴展度，呈現先增長后下降趨勢，其中酯醚比 3:1，未加入功能單體 PCE-1 樣品 1h 增長最明顯，由初始 204mm，增長到 230mm，3h 下降很明顯，僅為 179mm；PCE-1、PCE-2 樣品平穩增長，緩慢下降，流動度保持性較好；表現比較突出為酯醚比 4:1，功能單體加入量為 0.6%合成的 PCE-2 樣品，初始及損失過程中均表現出優異的凈漿流動性能；市售樣品 PCE-4 雖然初始及 1h 擴展度較優異，分別為 220mm、235mm，但是 2h、3h 凈漿擴展度急劇下降，不能滿足長時保坍要求。通過凈漿流動度評價四種樣品，PCE-2 樣品效果最好，具有很好的外加劑分散劑保持性能。

分析為選擇合適的酯醚比，為長久持續緩慢釋放提供基礎，同時引入部分新型聚酯類功能單體做主鏈替換原有的 S2、K2 部分主鏈，改變主鏈結構，調整其側鏈密度，而提高其保坍能力及適應性。

2.2 對混凝土擴展度的影響

對合成 3 個樣品及市售產品進行混凝土擴展度測試，試驗 C30 混凝土配合比：m水泥: m粉煤灰: m砂: m小石:m大石: m水: m減水劑= 280:60:770:330:785:165:1.7，水膠比為 0.485，砂率為 41%，測試 0h、1h、2h 混凝土擴展度，測試結果見表6、圖2。

表6 混凝土擴展度 mm

圖2 保坍母液對混凝土擴展度影響

通過對四種樣品進行混凝土擴展度數據分析：PCE-1、PCE-2、PCE-4 混凝土初始擴展度相當，均在600mm 左右，PCE-3 初始擴展度較小，為 560mm，說明酯醚比 5:1、功能單體 0.6% 用量下，合成保坍母液對混凝土分散性不佳，沒有很好的減水作用。測試混凝土 1h、2h、3h 損失擴展度，PCE-1、PCE-2、PCE-3、PCE-4 樣品 1h 擴展度均增大，且增長幅度相當，2h、3h 擴展度數據顯示，PCE-1、PCE-4 出現擴展度急劇下降現象，最為明顯為 PCE-4，3h 擴展度降低到330mm，經時損失最大，這與凈漿流動度數據規律一致，最為優異樣品為 PCE-2，呈現出較好的混凝土分散性及流動度保持能力。說明酯醚比 4:1、功能單體用量0.6% 為最佳工藝，此時合成保坍母液在混凝土中體現出最優異的性能，具備長時保坍能力。

2.3 對混凝土抗壓強度的影響

四種保坍母液混凝土試驗成型，測試 3d、7d、28d混凝土抗壓強度，試驗結果見表7、圖3。

表7 混凝土強度 MPa

圖3 保坍母液對混凝土強度影響

由表7、圖3 混凝土抗壓強度數據可以發現：3d、7d、28d 強度最高者均為 PCE-2 樣品；3d 最低者為PCE-4 樣品；7d 和 28d 強度最低者為 PCE-1 樣品。通過強度數據分析，PCE-2 樣品力學性能最優，PCE-1力學性能最差，仍然判定 PCE-2 為最佳樣品，酯醚比4:1、功能單體用量在 0.6% 為最佳工藝參數，合成出保坍母液為最優產品。

圖3 坍落度試驗

PCE-2 樣品混凝土分散性較強、減水率較高、流動度較大，且流動度保持能力最高，成型振搗過程中，氣泡更易隨著漿體流動而排出，同時流動度漿體在混凝土體系中填充效果更好，使得混凝土易達到密實狀態。新型聚酯類功能單體的引入改變主鏈結構，調整其側鏈密度，改善了混凝土保坍及適應性能，促進水泥水化，激發強度發展。

3 結論

（1）合成三個樣品 PCE-1、PCE-2、PCE-3 及市售樣品 PCE-4 進行凈漿試驗，在酯醚比 4:1、功能單體用量在 0.6% 工藝基礎上合成的 PCE-2 樣品凈漿初始流動度較大，且過程中平穩增長，緩慢下降，分散性最好，保持性能較佳。

（2）四個樣品進行混凝土擴展度試驗，數據對比確定最為優異樣品為 PCE-2，呈現出較好的混凝土分散性及流動度保持能力。說明在酯醚比 4:1、功能單體用量在 0.6% 為最佳工藝，此時合成保坍母液在混凝土中體現出最優異的性能，具備長時保坍能力。

（3）混凝土抗壓強度數據顯示：3d、7d、28d 強度最高者均為 PCE-2 樣品，仍然判定 PCE-2 為最佳樣品，酯醚比 4:1、功能單體用量在 0.6% 為最佳工藝參數，合成出保坍母液為最優產品。