新型聚羧酸減水劑專用不飽和聚醚HP的應用研究

李曉利，張國宏＊，王冰

（1.沈陽工業大學，遼寧 遼陽 111003；2.贏創天大（遼陽）化學助劑有限公司，遼寧 遼陽111000）

隨著聚羧酸減水劑的大范圍應用，聚羧酸減水劑相關合成及應用技術不斷成熟。作為聚羧酸減水劑合成過程中質量比例最大的原料，不飽和聚醚單體的結構特點直接影響了所合成聚羧酸減水劑的各項性能[1-2]。聚羧酸減水劑主鏈中的陰離子錨固基團與水泥顆粒表面正電荷吸附后，側鏈將形成包裹于水泥顆粒表面的水化膜，從而具有了相比于靜電斥力作用更大的空間位阻斥力。也正因如此，對于性能更為優異的聚羧酸減水劑專用不飽和聚醚單體的研究和開發工作一直是聚羧酸減水劑研究人員關注的重點[3-4]。

不飽和聚醚單體結構中包括含有不飽和雙鍵的活性端和聚醚側鏈結構。不飽和雙鍵活性端的結構決定了不飽和聚醚單體的聚合活性，通過選擇適合的聚合體系，調整聚合條件，可以調節聚羧酸減水劑分子主鏈結構，從而改變聚羧酸減水劑的水泥吸附性能[5]。聚醚側鏈結構則決定了聚發酸減水劑分子吸附于水泥顆粒表面后所形成的水化膜的性能，通過調整聚醚側鏈結構，可以賦予聚羧酸減水劑分子不同的工作特性[6-8]。

1 外加劑合成

1.1 試驗材料

HP 聚醚，工業級，遼寧科隆精細化工股份有限公司；雙氧水丙烯酸、丙烯酸乙酯、巰基丙酸、抗壞血酸，分析純；氫氧化鈉，工業級。

1.2 減水劑合成

在裝有攪拌器的四口燒瓶中按比例加人HP 聚醚和去離子水，常壓下加熱至一定的溫度。聚醚完全溶解后加入雙氧水水溶液，攪拌均勻后開始分別滴加丙烯酸水溶液和巰基丙酸、抗壞血酸水溶液。反應過程中控制反應溫度及滴加時間。待滴加結束后，在該溫度下反應一定時間，加人氫氧化鈉調節體系使pH 至7.0，加人適量去離子水，控制所合成聚羧酸減水劑固含量為40%。

1.3 保坍劑合成

在裝有攪拌器的四口燒瓶中按比例加人HP 聚醚和去離子水，常壓下加熱至一定的溫度。聚醚完全溶解后加人雙氧水水溶液，攪拌均勻后開始分別滴加丙烯酸、丙烯酸羥乙酯水溶液和巰基丙酸、抗壞血酸水溶液。反應過程中控制反應溫度及滴加時間。待滴加結束后，在該溫度下反應一定時間，加人氫氧化鈉調節體系使pH 至7.0，加人適量去離子水，控制所合成聚羧酸減水劑固含量為40%[9]。

2 外加劑性能評價

2.1 水泥凈漿評價試驗

按照《混凝土外加劑勻質性試驗方法》（GB/T 8077—2000）測定聚羧酸減水劑及保坍劑水泥凈漿流動性能。稱取海螺P.O 42.5 硅酸鹽水泥300 g、一定量的外加劑及87 g 水倒入攪拌鍋中，攪拌3 min。將拌制好的水泥凈漿迅速注人截錐圓模（上口直徑36 mm、下口直徑60 mm、高度60 mm的內壁光滑無接縫的金屬制品）內，用刮刀刮平，將截錐圓模按垂直方向提起，同時開啟秒表計時，任水泥凈漿在水平光滑、表面濕潤而不帶水漬的玻璃板上流動至30 s，用直尺量取流淌部分互相垂直的兩個方向的最大直徑，取平均值作為水泥凈漿流動度。

2.2 混凝土性能評價試驗

按照《混凝土外加劑》（GB 8076—2008）混凝土拌合物性能試驗方法測定加入聚羧酸減水劑及保坍劑的混凝土性能。

2.2.1 混凝土試驗材料[10]

海螺P.O 42.5 水泥；遼寧地產河砂，Mx=2.7；石子為5～10 mm 玄武巖小石子和10～20 mm 玄武巖大石子；外加劑為聚羧酸減水劑。

2.2.2 試驗用混凝土配合比

表1為混凝土性能評價試驗所用的配合比。

表1 混凝土性能評價試驗所果用的配合比

3 結果與討論

所用減水劑、保坍劑樣品說明如表2所示。

表2 所用減水劑、保坍劑樣品說明

3.1 水泥凈漿評價結果

表3為聚羧酸減水劑的水泥凈漿流動度評價結果。由表3可知，在相同外加劑用量下，采用HP聚醚合成的聚羧酸減水劑具有良好的減水性能，其性能優于市售聚發酸減水劑產品ST-001 及采用HPEG 合成的聚羧酸減水劑HWAC-001。采用HP聚醚在20、40、60 ℃條件下合成的聚羧酸減水劑均具有良好的水泥凈漿擴展度。其中，20 ℃下合成的聚羧酸減水劑HWHP-20 的初始水泥凈漿流動性能最優，但相比于更高溫度下（40 ℃、60 ℃）所合成聚羧酸減水劑樣品，其流動性能經時損失較大[11]。60 ℃下合成的聚羧酸減水劑HWHP-60 的初始水泥凈漿擴展度相比于HWHP-20 略小，但經時損失小，60 min 后HWHP-60 的水泥凈漿擴展度明顯優于市售聚羧酸減水劑產品ST-001、采用HPEC合成的聚羧酸減水劑HWAC-001 及HWHP-20。

表3 聚羧酸減水劑的水泥凈漿流動度評價結果

表4為保坍劑的水泥凈漿流動度評價結果。由表4可知，在相同外加劑用量下，采用HP 聚醚合成的保坍劑具有良好的水泥凈漿擴展度保持效果，其性能優于市售保坍劑產品BT-001 及采用TPEC 合成的保坍劑HSAB-001。采用HP 聚醚在20、40、60 ℃下合成的保坍劑均具有良好的水泥凈漿擴展度保持能力。相比于更低溫度下（20 ℃、40 ℃）所合成的保坍劑樣品，60 ℃下合成保坍劑HSHP-60 的初始水泥凈漿流動度略小，與市售保坍劑產品RT-001及采用TPEC 合成的保坍劑HSAB-001 相當，且水泥凈漿流動度經時損失最小，120 min 后HSHP-60的水泥凈漿擴展度明顯好于其他樣品。

表4 保坍劑的水泥凈漿流動度評價結果

通過分子結構設計，不飽和聚醚HP 具有較好的聚合能力，可適用于聚羧酸減水劑、保坍劑的常溫及升溫合成工藝。不飽和聚醚HP 的特殊分子結構也賦予了其所合成的聚發酸減水劑、保坍劑優良的水泥凈漿流動性能以及水泥凈漿擴展度保持能力，其在水泥凈漿方面的性能體現優于現有HPEG、TPEG 合成的同類聚羧酸減水劑、保坍劑產品。

3.2 混凝土性能評價結果

表5為相同用水量下聚羧酸減水劑的混凝土性能評價結果。與該系列聚羧酸減水劑水泥漿評價結果相類似，在相同水膠比[12]下，采用HP 系列不飽和聚醚合成的聚羧酸減水劑具有良好的減水效果，特別是采用常溫工藝合成的HWHP-20 聚酸酸減水劑，其初始混凝主坍落度、擴展度明顯優于其他減水劑樣品。在40 ℃和60 ℃條件下合成的聚羧酸減水劑樣品HWHP-40、HWHP-60 初始混凝土坍落度、擴展度與市售聚發酸減水劑產品ST-001 及采用HPEG 合成的聚羧酸減水劑HWAC-001 樣品相當，但其混凝土坍落度經時損失明顯優于其他減水劑樣品，所拌制的混凝土在60 min 后仍具有一定的流動性。此外，采用HP 系列不飽和聚醚合成的聚羧酸減水劑所拌制的混凝土的和易性均好于其他減水劑樣品。

表5 相同用水量下聚羧酸減水劑的混凝土性能評價結果

表6為相同用水量下保坍劑的混凝土性能評價結果。由表6可知，采用HP 系列不飽和聚醚合成的保坍劑具有良好的工作性能。相比于市售保坍劑產品BT -001 及采用TPEG 合成保坍劑HSAB-001，采用HP 系列不飽和聚醚合成的保坍劑在具有良好的坍落度保持能力的同時，還具有良好的初始減水能力。樣品HSHP-20 和HSHP-40 在120 min 坍落度、擴展度略優于BT -001 和HSAB -001，其初始工作性能也明顯優于BT-001 和HSAB-001。HSHP-60 的初始工作性能略優于BT-001 和HSAB -001，且所拌制混凝土120 min 后仍具有良好的工作性能，坍落度保持能力明顯優于其他樣品。

表6 相同用水量下保坍劑的混凝土性能評價結果

通過分子結構設計，使得不飽和聚醚HP 在具有較好的聚合能力的同時，還對所拌制混凝土的和易性具有很好的改善作用，在保證所合成的聚羧酸減水劑具有優良的工作性能的同時，還具有良好的和易性。其在混凝土中的性能體現優于現有HPEG、TPEG 合成的同類聚發酸減水劑、保坍劑產品。

4 結 論

1）新型聚醚HP 系列具有適宜的聚合活性，可適用于聚羧酸系減水劑、保坍劑的常溫及升溫聚合工藝。

2）采用新型聚醚HP 系列合成的聚羧酸減水劑相比現有聚羧酸減水劑產品具有更好的工作性能。

3）采用新型聚醚HP 系列合成的保坍劑在具有良好的坍落度保持能力的同時，還具備更好的初始減水能力。

4）采用新型聚醚HP 系列合成的聚羧酸減水劑具有混凝土和易性調節作用，可有效改善所拌制混凝土的和易性。