低敏感型聚羧酸减水剂的合成及性能研究

徐春红 袁荣辉 罗启云 邝华斌

（广东博众建材科技发展有限公司）

0 引言

近年来，在我国基础设施建设大浪潮的时代背景下，聚羧酸减水剂凭借其较低的掺量、优异的分散性能、功能可设计性及绿色环保等一系列优点成为工程建筑领域应用最广的减水剂。但是随着其应用面越来越广，实际工程对混凝土的要求越来越高，以及混凝土原材料复杂多变、环境的差异性、技术人员认识的局限性、使用习惯性等，导致在使用聚羧酸减水剂的过程中出现了许多问题，直接影响了聚羧酸系减水剂的应用效果[1-2]。特别是最近两年建设规模的不断扩大，天然砂资源日益匮乏，采用机制砂代替天然砂已经极为普遍，但是目前国内机制砂的生产控制技术还不够先进，生产的机制砂还存在细度模数不稳定、含泥含粉量不稳定、颗粒形貌不稳定等问题[3-5]，使得使用机制砂配制混凝土时性能波动较大。此外，施工过程中，聚羧酸减水剂在合理掺量点进行掺量的小幅度变动，会导致新拌混凝土流动性不够或损失过快，或导致混凝土离析、泌浆，使得混凝土生产控制难度加大[6]。因此，开发能够满足各种材料使用，且保坍效果、和易性及敏感性均较好的聚羧酸减水剂，具有十分重要的意义。

为能够降低混凝土对环境温度、单方用水量、减水剂掺量、水泥种类以及机制砂用量的敏感性，本文采用新型聚醚大单体聚乙二醇乙烯基醚（EPEG）、自制的酯类小单体和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸合成一种低敏感型聚羧酸减水剂，并对其敏感性进行评价。

1 实验部分

1.1 实验原材料

聚乙二醇乙烯基醚（EPEG，相对分子质量约3000），工业级，佳化化学有限公司；丙烯酸（AA），工业级，江苏裕廊；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）；自制的酯类小单体；次亚磷酸钠，湖北兴发化工集团股份有限公司，工业级，；抗坏血酸（Vc）、双氧水及氢氧化钠均为工业级。

1.2 测试原材料

水泥：海螺水泥P·O42.5R，广东英德海螺水泥有限责任公司；台泥P·O42.5R，台泥（英德）水泥有限公司；基准水泥；砂：机制砂，细度模数2.9；河砂，细度模数2.7；石：碎石，5mm～25mm 连续级配；粉煤灰：Ⅱ级，恒达建材贸易有限公司；矿粉：S95，广东韶关钢铁集团。

1.3 合成实验

实验采用水溶性自由基聚合。反应的具体步骤为：先将聚乙二醇乙烯基醚大单体、次亚磷酸钠和部分水加入到四口烧瓶中，快速搅拌，待大单体全部溶解，并且温度降至在20℃时，加入双氧水，搅拌3min，然后将丙烯酸、自制的酯类小单体和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的混合水溶液、抗坏血酸的混合水溶液分别均匀滴加至四口烧瓶中，滴加时间为1 小时，滴加完毕后继续保温1 小时。用32%氢氧化钠水溶液中和至pH 为5.0～7.0，加水调节固含量至40%，得到所需低敏感型聚羧酸减水剂PDM 母液。

1.4 性能测试

混凝土拌合物坍落度，扩展度测试：参照《普通混凝土拌合物性能试验方法》GB/T50080－2011 进行。

2 结果与讨论

2.1 环境温度敏感性

将合成的低敏感型聚羧酸减水剂PDM 与市售的普通聚羧酸减水剂PCE 在相同条件下进行环境敏感性试验，结果如表1 所示。

表1 环境温度敏感性试验结果

由表1 中的数据可知，两种外加剂都随着环境温度的升高出现损失增大的现象，但相比于普通聚羧酸减水剂PCE，低敏感型聚羧酸减水剂PDM 的坍落度和扩展度变化幅度较小，说明PDM 对环境温度的敏感性比PCE 要低。

2.2 用水量敏感性

表2 为低敏感型聚羧酸减水剂PDM 与市售的普通聚羧酸减水剂PCE 在相同条件下进行单方用水量敏感性试验。

表2 单方用水量敏感性试验结果

由表2 可以看出随着用水量的增大，二者的坍落度与扩展度都相应的增大，当用水量为150kg/m3时，掺普通聚羧酸减水剂的混凝土2h 后已经没有扩展度，而掺PDM 的混凝土还有470mm的扩展度，可知，用水量对PDM的影响相对较小。

2.3 掺量敏感性

将低敏感型聚羧酸减水剂PDM 与市售的普通聚羧酸减水剂PCE 在相同条件下进行掺量敏感性试验，结果如表3 所示。由数据可以很明显的看出低敏感型聚羧酸减水剂PDM 对掺量的敏感性要明显小于普通聚羧酸减水剂PCE。

表3 减水剂掺量敏感性试验结果

2.4 水泥种类敏感性

为了研究此低敏感型聚羧酸减水剂对不同水泥的适应敏感性，分别选取了不同生产厂家生产的硅酸盐水泥进行混凝土测试，实验结果如表4 所示。

表4 减水剂对水泥敏感性试验结果

由表4 可知，虽然不同水泥之间存在差异，但整体的变化趋势是一至的，说明此低敏感型聚羧酸减水剂对不同水泥具有良好的适应性和较低敏感性。

2.5 机制用量砂敏感性

为研究低敏感型聚羧酸减水剂PDM 与普通聚羧酸减水剂PCE 对在不同机制砂用量下混凝土试验的影响，在相同条件下调整机制砂与河砂的用量比例进行试验，结果如表5 所示。

表5 机制砂用量敏感性试验结果

本实验中所用到的机制砂石粉含量相对较高，对聚羧酸减水剂的吸附量较大，随着机制砂用量的提高，混凝土损失的也较大。而低敏感型聚羧酸减水剂因其独特的分子结构，对机制砂混凝土相比于普通聚羧酸减水剂敏感性稍低。

3 结论

在不同环境温度、单方用水量、减水剂折固掺量、水泥种类、机制砂用量条件下，相比于普通聚羧酸减水剂，掺本文中的低敏感型聚羧酸减水剂的混凝土的坍落度保持能力更好，敏感性更低。