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              山東江泰

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              緩釋型聚羧酸減水劑的合成及其對水泥凈漿流動性的影響

              更新時間:2017-04-26 14:45:30 點擊數:2142

              在工程應用中,由于各種原因,導致混凝土坍落度和擴展度損失過快,混凝土在現場的流動性、施工性均不能滿足施工需要,給施工過程造成很大困難,遇到這種情況,工地和攪拌站往往通過調整混凝土配合比,增大外加劑摻量或是增大外加劑中緩凝劑用量來控制混凝土流動度損失。而這些措施,解決難度大、效果不理想,容易給現場施工造成混亂。針對這種現象,市場上出現了大量具有緩釋效果的保坍型減水劑,聚羧酸系減水劑的保坍性能與其分子結構有很大的關系。如分子的結構組成分子中各個基團的分布及摩爾分數,相對分子質量大小及其分布等,而這些都與減水劑的合成因素有很大關系。如原材料比、引發劑種類以及引發溫度、投料方式等。同時,目前市場上合成的緩釋型聚羧酸減水劑由于其低減水率的特性加大了其摻量,使得配制的預拌混凝土成本上升,緩釋型聚羧酸減水劑的市場推廣受到很大影響。
                      本研究擬借鑒緩釋型聚羧酸減水劑合成技術
              研究的思路!通過對其合成工藝的優化在低溫下合成了一種緩釋型聚羧酸減水劑
              1.試驗
              1.1原料
                      異丁烯醇聚乙烯醚(HPEG),工業級,相對分子質量為2400,遼寧產。
                      甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(MPEG),工業級,相對分子量為2400,遼寧產。
                      2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS),分析純。
                      馬來酸酐(MA),分析純。國藥集團化學試劑有限公司生產。
                      丙烯酸(AA),分析純。成都產。
                      α-甲基丙烯酸(α-AA),分析純,成都產。
                      過硫酸銨(APS),工業級,上海產。
                      巰基乙酸(TGA),工業級,常州產。
                      雙氧水(H2O2),濃度30%,工業級。
                      抗壞血酸(Vc),分析純,深圳產。
                      T-吊白塊(甲醛合次硫酸氫鈉),分析純,濟南產,作為氧化劑。
                      氫氧化鈉,工業級天津產。
                      水泥P O 42.5級,拉法基產。
              1.2緩釋型聚羧酸減水劑的制備
                      向裝有攪拌器,滴液漏斗,回流冷凝器的三口圓底燒瓶中加入HPEG、MA、AMPS和水,升溫攪拌溶解,采用不同滴定方式,不同氧化還原體進行反應,待反應完全后冷卻至室溫,加入氫氧化鈉溶液中和至PH=6~7,得淺黃色透明液體,即為緩釋型聚羧酸系減水劑(PCE)。
              2.減水劑性能測試試驗方法
              2.1固含量的測定
                      按照GB/T8077-2012混凝土外加劑勻質性
              試驗方法,進行測定。
              2.2 水泥凈漿流動度的測定
                     按照進GB/T8077-2012行測定,其中聚羧酸減水劑折固摻量均為0.18%。
              3.試驗結果與討論
              3.1   HPEG:MPEG摩爾比及AA:α-AA對PCE性能的影響。
                      向裝有攪拌器、滴液漏斗、回流冷凝器的三口圓底燒瓶中加入HPEG、MA、AMPS和水,攪拌溶解,升溫至80℃后,連續滴加AA和APS(單體總量的2%)的混合溶液,3h滴完,并恒溫2h。試驗結果見圖1。 

               

              由圖1可見,隨著HPEG:MPEG摩爾比的減小,
              水泥凈漿流動性及緩釋性能均呈現下降的趨勢,也就是說在此種反應條件下HPEG比MPEG顯示出更好的減水性能。同時從圖1可以明顯看出,在此種合成體系下摻AA時水泥凈漿流動性明顯要高于摻α-AA的。
              3.2 不同投料方式對PCE性能的影響

                      固定HPEG:AA:MA:AMPS摩爾比為1:3:1.5:0.1,

               

               

              由圖2 可見,采用四種不同的滴定方式反應時,滴定時間越長,水泥凈漿流動性越好,其中第三組滴定時間最長,其水泥凈漿流動性也最好。分析其原因,可能是反應溫度相對較高,滴加時間相對較長的情況下,可以避免均聚及自聚!使合成的分子長短分布更均勻。
              3.3    AMPS用量對PCE性能的影響

                      固定HPEG:AA:MA摩爾比1:3:1.5為反應溫度連續滴加 AA與APS的混合溶液,3h滴完,并恒溫2h在HPEG:AMPS摩爾比0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0下合成PCE??疾霢MPS用量對 PCE性能的影響。試驗結果如圖3所示。

               

              由圖3可見,摻入AMPS時緩釋效果明顯改善,且摻入摩爾比0.1時,水泥凈漿流動性及緩釋效
              果最好。分析其機理可能是因為,聚羧酸系減水劑是由一種帶負電荷含羧基的單體聚合而成的,減水劑分子結構中含有羥基、羧基、磺酸基、聚氧乙烯基等官能團,一方面,主鏈吸附在水泥顆粒表面阻止顆粒與水接觸。高接枝密度的羧基、磺酸基提供靜電斥力,同時與鈣結合,形成穩定的富鈣保護層,少量的羥基與裸露硅酸水合離子絡合,有效降低溶液中鈣、硅離子濃度,阻止離子的釋放,另一方面,聚氧乙烯基長側鏈、少量的羥基與水形成氫鍵,產生水膜立體保護和空間位阻效應,大大增加了水化層的有效吸附理論也逐漸受到關注。根據作用不同Flatt等把新拌合水泥體系中的高效減水劑分成了三部分:①水泥水化反應消耗的部分,如形成有機礦物相膠束或者共沉淀的,起到改變水泥水化產物形貌特征的作用。②吸附到水泥顆粒表面的部分,起分散作用。③存留在溶液中隨時為吸附層補充消耗的高效減水劑,保持動態吸附平衡,因此它決定著高效減水劑有效吸附層的厚度,進而決定著高效減水劑的分散效果。AMPS因為含有酰胺基,在水泥的堿性環境中可以進一步水解,能更有效地補充被消耗的減水劑,從而達到緩凝的效果。 

              4. 結論
                      通過引入一種新的氧化劑,在低溫(25℃)條件下合成了一種緩釋型聚羧酸減水劑。
                     緩釋型聚羧酸減水劑的最佳合成工藝為HPEG:AA:MA:AMPS摩爾比為1:3:1.5:0.1,吊白塊、TAG用量分別為單體質量分數的0.4%、0.4%,反應溫度為25℃,在這種工藝下合成的緩釋型聚羧酸減水劑顯示出較好的減水性和緩釋性能。

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