HR-Y聚羧酸高效減水劑合成工藝優(yōu)化研究

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摘要:通過確定不同的引發(fā)劑用量、聚氧化乙烯側(cè)鏈長(zhǎng)度以及反應(yīng)的溫度和時(shí)間等合成了HR-Y新型聚羧酸高效減水劑。試驗(yàn)結(jié)果表明，HR-Y聚羧酸類高效減水劑對(duì)水泥具有高度的分散保持作用，摻加量為0.2%，水灰比為0.29時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度為280mm，1h后水泥凈漿流動(dòng)度仍為280mm。

關(guān)鍵詞：聚羧酸高效減水劑、合成工藝、凈漿流動(dòng)度；

0前言

隨著高性能混凝土的技術(shù)進(jìn)步，聚羧酸高效減水劑的分子結(jié)構(gòu)在不斷改進(jìn)，在性能方面相應(yīng)地也有所改善。合成制造方法決定了減水劑的分子結(jié)構(gòu)，而分子結(jié)構(gòu)決定了產(chǎn)品的使用性能。Masanori和Lizuka研究了減水劑的分子結(jié)構(gòu)對(duì)波特蘭水泥流動(dòng)性能的影響以及相互關(guān)系。其研究表明，新拌混凝土的分散性能和凝聚性能隨平均分子量的變化而變化。減水劑的減水性能可以通過調(diào)整共聚物單體的憎水基團(tuán)和親水基團(tuán)的比例來獲得。Nawa T用6種不同EO鏈長(zhǎng)的馬來酸酐接枝共聚物進(jìn)行流動(dòng)度試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)EO鏈長(zhǎng)對(duì)流動(dòng)性影響依賴主鏈，在馬來酸酐基共聚物中EO；鏈越短，流動(dòng)性越好；而對(duì)于甲基丙烯酸基接枝共聚物，EO鏈越長(zhǎng)，流動(dòng)性越好。要達(dá)到高減水率和好保坍性能，需要調(diào)整聚合物主鏈和接枝側(cè)鏈長(zhǎng)度的聚合物結(jié)構(gòu)平衡。因此，為適應(yīng)高性能混凝土的發(fā)展要求，合理設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)是提高聚羧酸系減水劑性能的根本途徑.本文從基本原材料與合成方法出發(fā)，優(yōu)化合成工藝，合成了HR-Y聚羧酸高效減水劑。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 主要儀器和實(shí)驗(yàn)原料

1.1.1 主要儀器

1000ml四口燒瓶；冷凝管；溫度計(jì)；聚四氟乙烯攪拌漿；滴液漏斗。

KDM型調(diào)溫電熱套；DJ1C型電子增力電動(dòng)攪拌器

1.1.2 實(shí)驗(yàn)原料

聚乙二醇單甲醚(聚醚)：聚合度為25、30、60 三大種類，無色固體。

順酐，甲基丙烯磺酸鈉，丙烯酰胺：北京市化學(xué)試劑廠，過硫酸鉀(分析純)：上海愛建試劑廠，催化劑，10%氫氧化鈉溶液，氨水：濃度37%，三乙醇胺：天津市博迪化工有限公司，去離子水。

山水P·O32.5水泥；

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1試驗(yàn)方案：控制加料順序、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間不變，通過改變加料方式、中和劑和單體種類，制備一系列具有不同結(jié)構(gòu)的聚羧酸減水劑。通過測(cè)試其在水泥上的分散性及分散保持性來研究各因素對(duì)聚羧酸減水劑性能的影響。

1.3試驗(yàn)方法

新拌水泥凈漿流動(dòng)度按標(biāo)準(zhǔn)GB8077-2000 測(cè)定。

外加劑性能試驗(yàn)按標(biāo)準(zhǔn)GB8077-2000 測(cè)定。

2試驗(yàn)研究與討論

2.1投料方式不同對(duì)聚羧酸高效減水劑性能的影響

注：固含量為37%，折固后摻量0.17%

從實(shí)驗(yàn)可知，在其他條件固定的前提下，投料方式不同合成的聚羧酸高效減水劑的性能有差異：一次投料法合成的聚羧酸高效減水劑無論是水泥凈漿的初始流動(dòng)度還是1h流動(dòng)度都比滴加合成的聚羧酸高效減水劑性能優(yōu)異。所以，用一次投料法作為合成聚羧酸高效減水劑的投料方式。

2. 2中和劑種類不同對(duì)聚羧酸高效減水劑性能的影響

上述總結(jié)，用不同的中和劑對(duì)聚羧酸高效減水劑性能有不同影響。其中三乙醇胺的中和效果最好。其次是氨水，氫氧化鈉。氨水在保持水泥凈漿流動(dòng)度上比NaOH好。由于在GB18588－2001規(guī)定了混凝土外加劑中釋放氨的量≤0.10%，而外加劑一般呈弱堿性，在混凝土施工時(shí)氨水容易擴(kuò)散，刺激性氣味很大。因此合成工藝中一般不用氨水做中和劑。

2. 3游離順酐對(duì)聚羧酸高效減水劑性能的影響

從上表可看出游離順酐對(duì)聚羧酸高效減水劑性能有一定影響。主要由于順酐中分解出的COO-有減水及保坍作用，所以當(dāng)減水劑中有游離順酐時(shí)會(huì)增大水泥凈漿的初始流動(dòng)性，減小經(jīng)時(shí)損失。開始時(shí)順酐能較好的和聚羧酸高效減水劑產(chǎn)品融合，但放置一段時(shí)間后一部分游離順酐析出，出現(xiàn)白色膠狀物。所以加入游離順酐后該產(chǎn)品穩(wěn)定性會(huì)變差。因此有待進(jìn)一步研究順酐與聚羧酸高效減水劑的相溶性問題。

2. 4聚氧化乙烯側(cè)鏈長(zhǎng)度不同對(duì)聚羧酸高效減水劑性能的影響

注： 4#聚醚單體是聚合度為25、30、60的三種聚醚單體各取1/3混合制成 。

通過研究不同聚合度的聚醚對(duì)減水劑性能的影響發(fā)現(xiàn)：隨著聚合度的贈(zèng)加聚羧酸高效減水劑保塑性降低，初始流動(dòng)性相差不大，不同聚合度聚醚混合合成的聚羧酸高效減水劑性能最好，凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失小。

2. 5單體種類不同對(duì)聚羧酸高效減水劑性能的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，在控制造價(jià)的前提下，增加了丙烯酰胺單體后聚羧酸高效減水劑的性能明顯提高。

2. 6反應(yīng)溫度對(duì)聚羧酸高效減水劑性能的影響

隨體系反應(yīng)溫度的增加，聚羧酸高效減水劑凈漿流動(dòng)度增加，并在85℃基本達(dá)到飽和。由于各種單體有不同的競(jìng)聚率，溫度變化使整個(gè)體系的反應(yīng)速率隨之變化，各種單體的反應(yīng)程度也會(huì)不同，使聚羧酸高效減水劑性能受到影響。

3水泥凈漿及混凝土性能試驗(yàn)

注：所示摻量為折固后的凈摻量。

本次合成的HR-Y聚羧酸高效減水劑，混凝土的和易性好，收縮低，混凝土抗裂性能好，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均比萘系高，與國外同類型產(chǎn)品相比性能相當(dāng)。

4結(jié)論

(1)采用一次投料法合成了HR-Y聚羧酸高效減水劑，并用三乙醇胺調(diào)和。

(2)凈漿流動(dòng)度隨聚氧化乙烯側(cè)鏈聚合度的增加先增加后減小，不同聚合度的聚醚混合合成的聚羧酸高效減水劑性能最優(yōu)。

(3) 聚羧酸高效減水劑中溶入游離順酐會(huì)增大水泥凈漿的初始流動(dòng)性，減小經(jīng)時(shí)損失。

(4)合成時(shí)適當(dāng)增加丙烯酰胺單體會(huì)提高聚羧酸高效減水劑性能：增大水泥凈漿的初始流動(dòng)性，減小經(jīng)時(shí)損失。

(5)溫度控制在85℃左右時(shí)各種單體反應(yīng)最充分，聚羧酸高效減水劑性能最優(yōu)。

(6)優(yōu)化各種工藝條件最終合成的HR-Y聚羧酸高效減水劑具有摻量低，減水率高，保塑性好等優(yōu)點(diǎn)。在摻量為0.2%時(shí)，混凝土坍落度為250mm，坍落度損失小，混凝土抗裂性能提高。