新型两性聚羧酸减水剂的制备与应用探讨.pdf

EXPERIMENTSCIENTIFIC科学实验新型两性聚羧酸减水剂的制备与应用探讨区王宁付缨淇李海洋（吉林建筑大学材料科学与工程学院，吉林长春130 118）谢召洋江嘉运摘要：通过二步法合成工艺，采用自制的含氨基基团的阳离子单体为原料共聚制备的两性型聚羧酸减水剂，成本适中，具有较好的分散性能和抗泥性能，性能指标明显优于市售普通型聚羧酸减水剂。关键词：氨基；阳离子；两性型；抗泥；成本引言随着国内基建长年消耗的优质砂石资源不断减少，常采用的劣质砂石和机制砂中含泥量增多，会使聚羧酸减水剂（PCE）的分散性能受到较大影响，可导致混凝土流动度低、落度损失较大、强度减小、耐久性变差等突出问题。在泥粉的典型矿物中，其中蒙脱土具有特殊结构，对掺PCE的新伴混凝土性能影响最大，添加0.5%蒙脱土可使采用普通类型PCE混凝土完全丧失流动度。国内原材料供应现状使研发具有抗泥性能的PCE已成为行业内研究热点问题。吴笑梅等采用陶瓷泥浆分散剂的原料单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸合成了抗泥型PCE!，冉千平等认为两性型聚羧酸减水剂主链中引人阳离子基团可改善水泥浆体的分散性能，对水泥颗粒吸附量增大 2-3，张光华等把双子季铵盐作为抗泥剂复合使用探讨对含有蒙脱土的水泥浆体流动度的影响 4-5，陈宝播自制功能性单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，但成本较高 6-7。经过多年研究，国内采用各种技术路线的制备抗泥型PCE的抗泥性能均较好，但至今基本上成本仍居高不下 8-10，影响了产品推广应用和成果落地转化。本文利用国内传统化工原材料自制了一种阳离子单体，通过二步法制备的两性型聚羧酸减水剂分散性能较高，成本较低，且它与现有含泥量较多的低质商品砂的适应性较好，为今后抗泥功能型聚羧酸减水剂能够降低成本，落地转化进行了有益尝试。一、原材料与试剂（一）合成用原材料与试剂过硫酸铵（APS）、丙烯酸（AA）、异戊烯基聚氧乙烯醚（TPEG2400）、甲基丙烯磺酸钠（SMAS）、马来酸酐（MA）、二甘醇胺（DGA）、丙酸（PACID）氢氧化钠（SH）、阻聚剂、市售去离子水。（二）性能测试原材料P：0 42.5普通硅酸盐水泥（吉林省天茂特种水泥有限公司），初凝152 min，终凝2 2 4min，勃氏比表面作者简介：王宁，本科生，研究方向为混凝土外加剂的研发。基金项目：吉林省大学生创新训练项目（S202110191072）。Science&TechnologyVision|科技视零29福QCIENCE&TECHINOLOGYVISION科技视界积36 5m/kg，L o s s（烧失量）为2.45%；混合材掺量为18.5%。对比样品市售常温制备聚羧酸减水剂（PT）（吉林市绿地建材有限责任公司提供）；河砂，细度模数2.8，含泥量小于1%；石子，52 0 mm碎石，连续级配。（三）抗泥性能实验用泥聚羧酸抗泥性能用实验用泥是指烘干吉林德惠产的河砂中通过0.15mm筛的干细屑。自制减水剂含固用量0.20%，水灰比0.2 9，即自制减水剂的水泥净浆流动度试验中可同时掺入适量干泥，水泥净浆试验中的含泥量是指烘干干泥掺量占水泥用量的百分数。二、试验方法（一）水泥净浆流动度实验水泥净浆流动度，参照混凝土外加剂匀质性试验方法（GB/T80772012）实验，水灰比为0.2 9，减水剂含固用量0.2 0%。（二）减水剂抗泥性能实验采用掺加减水剂的水泥净浆流动度抗泥性能实验，同时分别依次添加适量烘干干泥（其用量为占水泥用量的百分数）。（三）掺加减水剂混凝土性能实验分别采用合成的两性型聚羧酸减水剂和市售常温制备聚羧酸减水剂进行对比试验，混凝土基准配合比为，水泥：砂：石=36 5：8 46：10 32，应适当调整用水量，能使新拌混凝土初始落度保持在2 10 mm左右【（2 0 0 10）m m，混凝土试件尺寸10 0 mm100mmx100mm，减水剂折固用量0.2%。三、实验过程与讨论（一）新型两性聚羧酸减水剂（PCEW）的制备1.阳离子单体中间衍生物AMI（共聚单体）的合成工艺与优化含氨基中间体衍生物单体提供阳离子，以主要原料为马来酸酐和醇胺类为主要原料，添加适量的阻聚剂和催化剂，制备含氨基中间体衍生物单体提供阳离子。在装有搅拌装置、温控装置、回流冷凝管、和加热装置的四口烧瓶中，依次分别按一定比例加入醇胺类原料、马来酸酐、丙酸、去离子水、催化剂（在升温至6 0 时加人）、和阻聚剂；缓慢升高温度待温度达到90 时，再分批多次地少量加入马来酸酐，控制n（M A）：n（D G A）=1.0.5：1，保持恒温反应3h，达到预定的酯化率后，停止反应，降温即得AMI。2.新型两性聚羧酸减水剂（PCEW）的制备工艺与优化在配有温控装置、水浴锅、冷凝管和搅拌装置的玻璃反应容器中，依次加人一定量的去离子水、TPEG和自制阳离子单体AMI，加热搅拌溶解，然后加入引发剂APS，加热至6 0 时保持恒温，逐次多次滴加AA溶液，3.5h滴加完毕，保持恒温2 h，待反应结束后，用30%NaOH溶液调节pH为6 7，即得PCEW。优化工艺条件时，保持n（T PE G）=1不变时，得到n（A A）：n（SM A S）：n（A M I）=2：0.5：3，产品含固量为40%。（二）新型两性聚羧酸减水剂（PCEW）性能与抗泥性能测试如表1所示，在一般正常使用条件下（无泥样），掺加新型两性聚羧酸减水剂（PCEW）的水泥净浆初始值和1h数值均较好；而市售产品（PT）性能低于研发产品，30科技视|Science&TechnologyVisionEXPERIMENTSCIENTIFIC科学实验而且它是属于无抗泥性的普通型产品。表1新型两性聚羧酸减水剂性能与抗泥性能（水泥净浆流动度，mm）泥样用量PCEW/%初始02955282627072288218泥土掺量是指泥土质量与30 0 g水泥用量的质量比。由于泥土对减水剂产生吸附作用，导致减水剂用量的增加或者分散性能下降。随着泥土掺量的增加，当含泥量为5%6%时，两性减水剂性能下降幅度较小，即具有较好的初始分散性能和经时分散能力；如果含泥量高达7%8%时，则其中水泥净浆初数值下降幅度偏大。按照建筑用砂推荐性国家标准（GB/T14684一2 0 11）内容，I级、I 级和级砂的质量等级要求分别是泥含量（按质量计）不超过1%、3%和5%，该两性减水剂产品性能能够较好地适应商品低质砂（级砂）含泥量的不利影响。（三）混凝土性能测试如表2，对于混凝土减水率以及中后期强度等方面，采用这种两性型聚羧酸减水剂PCEW的性能增加显著优于市售常温型聚羧酸减水剂PT。表2 掺加两性聚羧酸减水剂的混凝土性能对比抗压强度/MPa用水量减水率落度减水剂/(kg/m)空白218PCEW156PT167四、结论（1）自制含氨基基团的阳离子单体共聚的两性型聚羧酸减水剂（PCEW）具有较好的分散性能。（2）混凝土试验表明，自制的两性型聚羧酸减水PT1h初始280275245225215205/%/mm20528.4%21823.3%2141h2453d7d28d16.228.626.551.623.445.2剂（PCEW）的减水率较高，具有较显著的中后期强度增强作用，并明显优于现有市售常温制备的聚羧酸减水剂(PT)的性能。（3）采用砂的干泥取样的抗泥试验说明，自制的两性型聚羧酸减水剂（PCEW）抗泥性能优良，且它与使用国家标准要求范围内的现有低质商品砂的含泥量的适应性也较好。参考文献1吴笑梅，牛向原，高强，等.含AMPS组元的聚羧酸减水剂对黏土敏感性的研究 J.建筑材料学报，2 0 18，2 1（1）：15-19,25.2冉千平，刘加平，周栋梁，等.两性梳形共聚物对水泥浆体分散的影响及机理 J.建筑材料学报，2 0 12，15（2）：158-162.3冉千平，缪昌文，刘加平，等.梳形共聚物分散剂侧链长度对水泥浆体分散性能的影响及机理 J.硅酸盐学报，2 0 0 9，37(7):1153-1159.4张光华，王爽，张策，等.双子季铵盐对聚羧酸减水剂抗泥性能的影响 J.硅酸盐学报，2 0 19，47（2）：17 8-18 3.5张光华，王爽，张策，等.双子季铵盐改善聚羧酸减水剂对黏土的敏感性能 J.建筑材料学报，2 0 19，2 2（1）：8 1-8 6.6陈宝播.两性型聚羧酸超塑化剂阳离子功能性单体的合成与表征 J.硅酸盐通报，2 0 16，35（4）：117 7-118 3.7 陈宝播.两性聚羧酸类高聚物阳离子丙烯酸酯单体DAC的制备及其性能 J.延边大学学报（自然科学版），2 0 15，41（4）：307-312.8赵军丽，邵华华，一种具有抗泥作用的两性聚羧酸减水剂的低温合成工艺研究 J.化学与生物工，2 0 17，34（6）：45-50,64.9何燕，张雄，顾明东，等.硅烷改性聚羧酸减水剂对水泥浆体流动性及水化进程的影响 J.硅酸盐学报，2 0 16，44（8）：44.81166-1172.71.410解利荣，张光华，董勋，等.不同磷酸酯单体的EPEG型聚羧酸减水剂的制备及抗泥性能 J.精细化工，2 0 2 2，39（11）：62.52371-2376.Science&Technology Vision|科技视31