低标号混凝土用聚羧酸减水剂的制备与应用.pdf

全国中文核心期刊 新 癯 蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 低标号混凝土用聚羧酸减水剂的制备与应用 付强善， 王小兵， 熊磊 ， 蒋长清 ( 常州建筑科 学研究 院 江苏尼高科技有 限公司， 江苏 常州2 1 3 0 1 5 ) 摘要 ： 采用不同分子质量的聚乙二醇单甲醚、 甲基丙烯酸、 马来酸二甲酯、 巯基丙酸、 过硫酸铵合成用于低标号混凝土的聚羧 酸减水剂。试验结果表明： 醇酸质量比相同的情况下， 采用低分子质量 M P E G合成的减水剂保坍性好， 但掺减水剂混凝土的抗压强 度 比采用高分子质量 MP E G的要小； 马来酸二 甲酯、 巯基丙酸、 过硫酸铵用量分别为 3 、 0 7 0 1 4 时， 合成 的减水剂综合性能 良 好 。 将合成的聚羧酸减水剂与脂肪族减水剂在低标号混凝土 中的应用性能进行 了对 比并做了成本分析 ， 结果表明， 研 发的聚羧酸减 水剂性能 良好， 且在 降低混凝土成本上有优势 。 关键词： 聚羧酸减水剂； 脂肪族减水剂； 合成： 低标号混凝土； 应用 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 3 2 0 3 Pr e p a r a ti o n a n d a p p l i c a ti o n o f p o l y c a r b o x y l i c a c i d s u p e r p l a s t i c i z e r u s e d i n t o l o w g r a d e c o n c r e t e F U Q i a n g s h a n ， W AN G X i a o b i n g ， X I O N G L e i ， J I A N G C h a n g q i n g ( C h a n g z h o u I n s t i t u t e o f B u i l d i n g S c i e n c e ， J i a n g s u N i g a o S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C o L t d , C h a n g z h o u 2 1 3 0 1 5 ， J i a n g s u ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Po l y c a r b o x y l i c a c i d s u p e r p l a s t i c i z e r u s e d i n t o l o w g r a de c o n c r e t e wa s s y nt h e s iz e d wi t h me t h o x y p o l y e t h y l e n e g l y c o l o f d i f f e r e n t mo l e c u l a r we i g h t s ， me t h a c r y l i c a c i d， d i me t h y l mMe e ， me r c a p t o p r o p a n o i c a c i d， a n d a mmo n i u m p e r s u t f a t e Th e r e s u l t s s h o we d t h a t a t t he s a me a l k y d q u a l i t y r a t i o n， t h e l o w mo l e c u l a r we J g h t me t h o x y p o l y e t h y l e n e g l y c o l s l u mp s ma l l e r b y t h e t i me l o s s ， b u t t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h wa s s ma l l e r t h a n t h e h i g h mo l e c u l a r me t h o x y p o l y e t h y l e n e g l y c o 1 Whe n t h e d o s e o f d i me t h y l male me， me r c a pt o p r o p a n o i c a c i d， a n d a mmo n i um p e r s u l f a t e wa s 3 ， O 7 ， 1 4 ， c o mp r e h e n s i v e p e rfo r man c e of c o n c r e t e wa s g o o d Co mp are d w i t h a l i p h a t i c s u p e r p l a s t i c i z e r ， t h e p o l y c a r b o x y l i c a c i d s u p e r p l a s t i c i z e r s h o w e d g o o d p e rf o r m a n c e ， and h a d a n a d v a n t a g e i n l o w e ri n g c o s t o f l o w gra d e c o n c r e t e Ke y wo r d s ： p o l y c a r b o x y l i c a c i d s u p e r p l a s t i e i z e r ； a l i p h a t i c s u p e r p l a s t i c i z e r ； s ynt h e s i s ； l o w gra d e c o n c r e t e ； a p p l i c a t i o n 0 前言 聚羧酸减水剂因具有分散性能高、 适用范围广、 坍落度损 失小、 绿色环保等优点而倍受人们的关注。但聚羧酸减水剂对 砂石料、 级配要求高， 使得它大多在高标号混凝土中使用， 这大 大限制了聚羧酸高性能减水剂在低标号混凝土中的推广应用。 为此， 研究开发了应用在低标号混凝土中的聚羧酸高性能减水 剂， 其对低标号混凝土用含泥量高的砂石料、 设计级配要求不 高有很好适应性， 坍落度保挣陛 和施工性优于脂肪族减水剂。 1 试验 1 1 主要原材料 收稿 日期： 2 0 1 2 0 4 0 8 ； 修订 日期 ： 2 0 1 2 0 5 1 6 作者简介： 付强善 ， 男， 1 9 7 9年生， 山东德州人， 硕士， 工程师 。研 究方 向： 从事外墙涂料乳液 、 乳液胶粘 剂及混凝土外加剂研究。 地址： 常州 市钟楼区木梳路 1 0号 ， E ma i l ： f q s d a f a n 1 2 6 c o m。 3 2 新型建筑材料 2 0 1 2 9 1 1 1 合成原材料 甲基丙烯酸、 聚乙二醇单甲醚 8 0 0 、 聚乙二醇单甲醚 1 0 0 0 、 聚L-醇单甲醚1 2 0 0 、 聚7 , -醇单甲醚2 0 0 0 、 对甲苯磺 酸、 马来酸二甲酯、 对苯二酚、 吩噻嗪、 过硫酸铵、 巯基丙酸、 3 0 的氢氧化钠溶液： 均为工业级。 1 1 2 混凝土试验用材料 水泥： 扬子P 0 4 2 5 水泥； 粉煤灰： 级； 中砂： 细度模数 2 6 ； 细砂： 细度模数 1 8 ； 大石子： 1 0 2 0 m m ； 小石子： 5 1 0 m m 0 1 2 主要仪器和设备 Wa t e r s 凝胶渗透色谱仪、 坍落度测试设备 1 套、 S H B ms 循环水式多用真空泵、 Q H J 7 5 6 B强力恒速搅拌机、 5 L 智能升 降油浴锅。 1 3 试 验方法 1 3 1 大单体的制备 在装有温度计、 油浴锅、 调速搅拌器、 真空装置的三口 烧 瓶中加入按配方称量的聚L-醇单甲醚、 甲基丙烯酸、 对甲苯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 付强善 ， 等： 低标号混凝土用聚羧酸减水剂的制备 与应用 磺酸、 对苯二酚、 吩噻嗪， 于设定的温度、 真空度下反应到最佳 时间， 然后降温至5 0 出料， 即得聚乙二醇单甲醚甲基丙烯 酸酯混合物。 1 3 2 聚羧酸减水剂的制备 在装有温度计、 调速搅拌器、 回流冷凝管及滴加装置的四 I： 1 烧瓶中， 加入配方量的软水， 然后搅拌并水浴加热至8 0 8 3 ， 按配方量滴加上述制各的大单体、 巯基丙酸组成的水溶液 【 ( 1 8 0 _+ 1 0 )m i n内滴完】 ，同时滴加引发剂过硫酸铵水溶液 f ( 2 1 0 1 0 ) m i n内滴完】 。引发剂液滴完之后保温 1 h ， 然后降 温至5 0 以下，用3 0 氢氧化钠溶液调节p H值至7 ，即得 4 0 的聚羧酸减水剂。 1 3 3 性能测试方法 按J C 4 7 4 -2 0 0 1 混凝土泵送剂 和 J G T 2 2 3 -2 0 0 7 聚 羧酸系高性能减水剂 测试混凝土的性能。 2 结果与讨论 分别进行了M P E G分子质量、 马来酸二甲酯用量、 链转 移剂用量和过硫酸铵用量对C 3 0 混凝土性能影响的试验。 试 验混凝土配合比( k g m ， ) 为： m( 水泥) ： m( 粉煤灰) ： m( 中砂) ： m( 大石子) ： m( 小石子) ： m( 外加剂) ： m( 水) = 2 5 5 ： 8 5 ： 7 7 0 ： 8 1 0 ： 2 6 0 ： 4 4 2 ： 1 5 8 。 2 1 MP E G分子质量对 C 3 0混凝土性能的影响 ( 见表1 ) 表 1 M P E G分子质量对 C 3 0混凝土性能的影响 注 ： 醇 酸 质 量 比 相 I司。 从表 1 可以看出， 低分子质量的M P E G与高分子质量的 M P E G相比， 掺合成聚羧酸减水剂混凝土的3 0 m i n 坍落度损 失小， 但掺高分子质量M P E G合成减水剂的混凝土初始扩展 度、 抗压强度要比掺低分子质量的大。其原因是， 在醇酸质量 比 相同的情况下，低分子质量M P E G合成的减水剂羧基含量 少， 被吸附在水泥颗粒表面上的比较慢， 所以坍落度经时损失 小【1 1 。又由于低分子质量的M P E G引气性比高分子质量的 M P E G大，所以低分子质量的M P E G强度比高分子质量的 M P E G要低圆 。 2 2 马来酸二甲酯用量对 C 3 0混凝土性能的影响 ( 见表 2 ) 表 2 马来酸二 甲酯用量对 C 3 0混凝土。性能的影响 由表2 可见， 随着马来酸二甲酯用量的增加， 掺合成聚羧 酸减水剂混凝土的3 0 m i n 坍落度、 扩展度逐渐增大， 且在用 量为2 0 、 3 O 时， 3 0 r a i n 扩展度比初始的还大； 但在用量为 4 0 时， 初始、 3 0 ra i n 坍落度、 扩展度又有下降的趋势。原因 是马来酸二甲酯在强碱性条件下，发生酰基碳上的亲核取代 反应， 导致甲氧基脱离， 形成羧基3 1 。而羧基对水泥有分散作 用， 所以随着马来酸二甲酯用量的增加， 3 0 m i n 坍落度、 扩展 度逐渐增大。 在用量为4 0 时， 马来酸二甲酯用量的增加， 导 致减水剂的羧基密度下降， 从而在相同用水量的情况下， 混凝 土初始坍落度、 扩展度减小 。因此， 马来酸二甲酯用量在 3 0 时， 混凝土的综合性能最佳。 2 - 3 链转移剂用量对 C 3 0混凝土性能影响 ( 见表3 ) 表 3 链转移剂用量对 C 3 0混凝土性能影响 从表3 可以 看出， 随着链转移剂用量增加， 掺合成聚羧酸 减水剂混凝土的初始以及3 0 m i n 坍落度都先增大后减小， 而 2 8 d 抗压强度相差不大。 链转移剂用量少， 减水剂的分子质量 偏大， 分散性能差， 分散保持性不佳： 而链转移剂用量过大， 则 减水剂的分子质量偏小， 分散保持性下降。 当链转移剂用量为 0 7 0 ， 混凝土综合性能最佳。 2 4 过硫酸铵用量对 C 3 0混凝土性能的影响( 见表4 ) 表 4 过硫酸铵用量对 C 3 0混凝土性能影响 过硫酸铵 主峰面积所坍落度 c m 扩展度 e ra 抗压强度 MP a 用量 占 百 分E B ， _ = 由 表4 可以 看出， 随 着过硫酸铵用量的 增加， 掺合成聚 羧 N E W BUI L Dl NG M ATE R l AL S 3 3 6 4 4 4 9 O 2 2 1 2 3 3 3 3 3 1 3 1 O 6 4 5 5 5 5 2 2 2 2 2 5 7 6 6 2 8 7 3 3 9 9 3 3 9 7 2 4 4 婢 婢 8 8 7 5 3 3 3 3 4 4 O D O O 5 O 0 6 7 7 8 8 6 8 4 0 1 7 7 8 9 9 8 O 2 4 6 0 1 1 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 付强善， 等： 低标号混凝土用聚羧酸减水剂的制备与应用 酸减水剂混凝土的初始、 3 0 m i n 坍落度随着增大。 这是因为过 硫酸铵用量增加， 提高了单体的转化率， 主峰面积所占比例增 大， 使得混凝土的初始和3 0 m i n 坍落度也增大。 但过硫酸铵 用量大时， 混凝土的综合性能趋于平稳， 所以过硫酸铵用量以 1 4 最佳。 3 成本分析 在某混凝土搅拌站对采用本研究合成的聚羧酸减水剂和 脂肪族减水剂进行了C 2 0 、 C 2 5 混凝土试验及成本分析。 某搅 拌站目前使用的脂肪族减水剂为1 8 0 0 元 t ， 本研究开发的聚 羧酸减水剂为2 3 0 0 元 t ， 扬子P 0 4 2 5 水泥为3 8 0 元 t ( 2 0 1 1 年l 2 月 价格) ， 粉煤灰1 5 0 元 l ( 2 0 1 1 年1 2 月价格) 。试验C 2 0 、 C 2 5 混凝土的配合比见表5 ， 混凝土性能测试结果见表6 。 表 5 C 2 0 、 C 2 5混凝土的试验配合比 k g m 注： 采用脂肪族减水剂； 采用聚羧酸减水剂。 表6 聚羧酸和脂肪族减水剂用于C 2 0 、 C 2 5混凝土试验结果 根据表5的混凝土配合比，可计算出使用不同减水剂的 混凝土成本差值。 C 2 0 混凝土采用聚羧酸减水剂， 在成本上比 采用脂肪族减水剂减少： ( 1 7 7 x 0 3 8 + 5 5 x 0 1 5 + 3 4 x l , 8 ) 一 ( 1 6 7 x 0 3 8 + 6 5 x 0 1 5 + 3 4 x 2 3 ) = 0 6 0 元 m ； C 2 5 混凝土采用聚羧酸减 水剂，在成本上比采用脂肪族减水剂减少： ( 2 3 1 x 0 3 8 + 3 5 x 0 1 5 + 4 1 x 1 8 ) 一 ( 2 2 1 x 0 3 8 + 4 5 x 0 1 5 + 4 1 2 3 ) = 0 2 5 元， m 。 计算 结果表明， C 2 0 、 C 2 5 混凝土采用本研发的聚羧酸减水剂时， 在 降低成本上较脂肪族减水剂有优势，特别是在水泥价格较高 时。如水泥价格为4 5 5 元 l 时， 配制C 2 0 混凝土可节省原材料 成本 1 I 2 5 元 m ， 配制C 2 5 混凝土可节省原材料成本0 9 0 元 m ， 。 由 表 6 可见， 研发的聚羧酸减水剂在C 2 0 、 C 2 5 混凝土的 试验中， 其3 0 m i n 坍落度、 扩展度优于采用脂肪族减水剂的。 且当C 2 0 、 C 2 5 混凝土采用聚羧酸减水剂时， 可减少水泥用量 1 0 k g ， 而同龄期的混凝土抗压强度基本相当。 4 结语 ( 1 ) 在醇酸质量比相同的情况下， 采用低分子质量M P E G 合成的聚羧酸减水剂的保坍性好，但掺减水剂混凝土的抗压 强度较采用高分子质量M P E G时要低。 ( 2 ) 马来酸二甲酯、 巯基丙酸、 过硫酸铵用量分别为3 0 、 0 7 0 、 1 4 时， 制备的聚羧酸减水剂综合性能良好。 ( 3 ) 将本研究合成的聚羧酸减水剂与脂肪族减水剂应用 于低标号混凝土的对比试验结果表明，研发的聚羧酸减水剂 具有良 好的性能，且在降低低标号混凝土成本上比采用脂肪 族减水剂有优势。 参考文献 ： 【 1 】 卞荣兵聚羧酸高效减水剂的化 学结构和合成 方法 综述【 C 中国 建材联合会混凝土外加剂分会 ，中国硅酸盐学会水泥制 品分会 外 加剂 专业委员会 第 八届超 塑化剂及其 它混凝土外 加剂 国际 会议译文集 意大利索伦托 ， 2 0 0 8 ： 4 8 1 4 8 7 2 】 阮承祥 混凝土外加剂及其工程应用【 M 1 南昌： 江西科学技术出 版社 ， 2 0 0 8 ： 2 5 0 - 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