无热源聚羧酸减水剂聚合工艺以及性能研究

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摘要:

采用无热源合成聚羧酸减水剂,该减水剂的合成工艺操作简单,相对于市场上常温合成聚羧酸减水剂来说,产品在具有一定的减水率基础上具有较高的保坍性,1小时无损失,2小时损失较小,产品综合性价比较高,具有很强的市场竞争力。

关键词:无热源;高保坍性;激活剂;缓释型减水剂

1前言

近几年来不论是聚羧酸减水剂合成技术还是其大单体的合成技术都得到了极大的发展,从(甲氧基)聚乙二醇到烯丙基聚氧乙烯醚,以及改性聚氧乙烯醚,大单体技术的发展也促进了聚羧酸减水剂合成技术的发展,从酯类聚羧酸减水剂的两步合成法到醚类聚羧酸减水剂的一步合成法,从高温合成(80℃-90℃)到中温合成(50℃-60℃),从设备上来说越来越简单,从工艺上来说更易于操作。本文介绍的是一种无热源合成工艺,在不需要加热的情况下合成聚羧酸减水剂,并且合成周期较短,效率较高,性能相对于此前需要加热合成的减水剂有相应的提高。从目前市场上的产品特性来看,具有高减水的不具有保坍性,该产品在具备一定减水率的基础上具有高保坍性,属于缓释型聚羧酸减水剂,在市场上具有很强的竞争力。

2实验

2.1实验原料

聚醚TPEG,辽宁奥克股份有限公司产;丙烯酸,工业级;链转移剂,试剂级;自制活性激活剂;过硫酸铵,工业级;甲基丙烯磺酸钠,工业级;30%氢氧化钠,工业级。

2.2主要仪器和设备

(1)玻璃仪器

四口烧瓶、温度计、玻璃棒、烧杯、恒压漏斗等

(2)试验设备

电子恒温不锈钢水浴锅,上海宜昌仪器纱筛厂;电子天平,诸暨市超泽衡器设备有限公司;强力恒速搅拌机,常州市新析仪器有限公司;净浆搅拌机,无锡建仪机械有限公司;胶砂搅拌机,无锡建仪机械有限公司;单卧轴式混凝土搅拌机,沈阳巨林试验仪器厂等。

2.3实验步骤

2.3.1常温条件下聚羧酸减水剂的合成

往四口烧瓶中加入计量的自来水,聚醚TPEG,搅拌溶解,加入引发剂过硫酸铵,开始滴加丙烯酸与甲基丙烯磺酸钠溶液和链转移剂与激活剂混合水溶液,滴加2小时,熟化1小时,加碱中和pH至5左右,得到无色透明液体,得到40%高效保坍型聚羧酸减水剂----PCS6

2.3.2性能测试

(1)材料与配合比

水泥:海螺P.O42.5;碎石:粒径5~25mm,连续粒径;砂:河砂,细度模数2.7,含泥量1.6%;粉煤灰:Ⅱ级灰,烧失量5.5%;水:自来水;对比所用的减水剂包括聚酯类减水剂PCS8(固含量40%),聚醚类减水剂PCS5(固含量40%)以及高性能保坍剂CPS50(固含量50%)、国外保坍剂CPS1(固含量50%)、国外保坍剂CPS2(固含量50%)

(2)试验方法

净浆流动度测试参照GB—《混凝土外加剂匀质性试验方法》;混凝土坍落度、含气量和抗压强度实验参照GB—《混凝土外加剂》

3.PCS6的性能测试

3.1分散及分散保持性

对PCS6、PCS8及PCS5进行水泥净浆流动度、砂浆减水率性能测试,考察其在水泥及砂浆中的分散性能。试验中选用的水泥为海螺P.O42.5,减水剂及保坍剂的掺量均以水泥质量的百分比(折成固含量20%)来计算。

表1PCS6的分散性能测试

由表1的试验结果可以看出,PCS6在水泥浆体中的初始分散性低于聚酯及聚醚类减水剂,但1h后PCS6出现净浆流动度返大现象,从浆体流动状态来看,PCS6在水泥浆体中具有缓慢释放的作用,2h浆体流动保持性较好;PCS6的胶砂减水率相对于PCS8和PCS5的减水率低,同样PCS6在胶砂性能中也表现了缓慢释放的现象。聚羧酸类减水剂在水泥浆体中的初始分散性和其吸附能力及空间位阻有关,吸附到水泥颗粒上的减水剂分子越多,水泥浆体的流动效果越好。PCS6在分子结构设计过程中采用较低的酸醇比,对单个水泥颗粒的吸附能力较弱,致使初始分散性较小,但由于其特殊的分子结构形成的多重空间位阻作用可以使其在砂浆浆体中保持不错的分散性。

3.2PCS6含气量以及保坍性能测试

我们采用海螺P.O42.5水泥考察PCS6与国外保坍剂CPS1、国外保坍剂CPS2以及现有保坍型减水剂CPS50的含气量及坍落度保持能力,为了更直观的对比几种保坍剂的保坍能力,先进行定掺量、定状态对比保坍性能,然后在用水量相同掺量相同条件下进行保坍性能的测试,两组实验结合评定PCS6以及其它保坍剂的性能差异,试验结果如表2、表3所示:

表2PCS6的含气量及坍落度保持性

注:所有减水剂固含量均折为20%,掺量为0.75%,初始坍落度控制在±10mm。

表3PCS6的保坍性能对比

注:所有减水剂固含量均折为20%,用水量为2.kg,掺量为0.75%。

结合表2和表3的结果可以看出,PCS6的混凝土坍落度保持能力明显优于CPS1、CPS2及CPS50,且PCS6在1h及2h后的混凝土坍落度略有增加,但含气量略微高于其余三者。在试验过程中发现,掺入PCS6的混凝土具有较好的和易性,混凝土不粘稠、浆体包裹性好、无泌水离析现象,且稳定连续的气泡提供了混凝土更好的流动性。

PCS6之所以具有优异的保坍能力,主要是跟其分子结构有关。随着水泥水化的加剧,吸附在水泥颗粒表面及水泥水化产物表面的聚羧酸减水剂分子将逐渐被消耗掉,但PCS6特殊的分子结构形成的多重空间位阻作用可以使其能在一段时间内仍然保持分散作用,而且其在水泥浆体液相中未被吸附的减水剂分子以及在水泥碱性环境下产生的新减水剂分子又不断“补充”上来,重新吸附到水泥的水化产物上,使得水泥浆体仍然能够在一段时间内保持较好的流动性,分散效果甚至超过初始时的分散性。

3.3PCS6改善减水剂PCS8的保坍能力

由表4可以看出,聚酯类减水剂PCS8在海螺P.O42.5水泥所配置混凝土里的保坍性能较差。为了改善其保坍性能,我们将其与常用的缓凝剂葡萄糖酸钠以及保坍剂PCS6分别按照一定比例进行复配,并考察复配后的试验效果。

表4PCS8保坍能力的改善

注:混凝土配合比:水泥:4.2kg;粉煤灰:1.65kg;黄砂:13.14kg;石子:15.42kg

从表4看出,PCS8内掺3%的葡萄糖酸钠后,坍落度保持能力略有提高且需水量略有下降,因为葡萄糖酸钠本身具有减水分散性,但继续增加葡萄糖酸钠的掺量仍不能明显的改善PCS8的坍落度保持能力。而PCS8在内掺了30%的PCS6后,减水剂的保坍性能有了明显的提高且需水量也没有明显上升,1h后坍落度损失大幅度降低,当内掺50%的PCS6后,减水剂1h后几乎无损失,且2h后仍具有不错的坍落度。

缓凝剂葡萄糖酸钠的保坍性主要通过分子结构中的-OH及COO-与水泥浆体中游离的Ca2+生产不稳定的络合物,在水泥初期控制液相中的Ca2+浓度来发挥缓凝作用,从而使得混凝土浆体形成骨架结构的速度变慢,有助于坍落度保持性的提高,但不能从根本上解决减水剂保坍能力弱的缺点。且缓凝剂掺量过多,则会导致混凝土凝结时间延长甚至不凝结,影响施工进度及建设工程质量。而PCS6的保坍机理是通过侧链官能团在水泥碱性环境条件下水解产生新的减水剂重新吸附到水泥颗粒表面,使水泥浆体在一定时间内仍具有不错的分散性。

3.4混凝土强度发展

我们选择海螺P.O42.5水泥,采用预拌混凝土中配制C30泵送混凝土的配合比,初始坍落度控制在±10mm,水灰比固定,测试PCS6以及PCS8、PCS5的抗压强度。

由表5看出,在用水量相同的情况下,PCS8、PCS5与PCS6复配之后早期强度相对有所提升,且对后期强度无不利影响,反而后期强度有所增加。

表5PCS6以及PCS8、PCS5在C30泵送混凝土中的强度发展情况

4总结

采用常温无热源合成的聚羧酸减水剂性能在具有一定减水率基础上具有高保坍性,与聚酯类减水剂或者聚醚类减水剂进行内掺复配可以提高聚酯类减水剂和聚醚类减水剂的保坍能力,并且对早期和后期强度都有所提高。由于该方法中间控制环节较少,产品质量更加稳定,这种方法大大减少了设备投资,且操作简单,适用于原材料的筛选试验,大大加快了实验进度。在远途运输费用较高,工程设备简陋的地方,采用该方法就可以生产出合格的产品,具有较广的市场推广价值。




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