常温聚羧酸高效减水剂的合成研究
摘 要:在常温（20~25 ℃）条件下，采用甲基烯丙基聚醚单体，通过适当的引发体系与其他小分子单体进行自由基共聚合，合成了聚羧酸系减水剂 (PC)。研究结果表明,常温合成的聚羧酸减水剂(PC)与高温（65℃）条件下合成的聚羧酸减水剂 (PG)性能相近。本合成方法，无需加热，可减少蒸汽用量，节约能源，降低生产成本。
关键词：聚羧酸减水剂；常温；低成本；引发剂 0引言
混凝土减水剂是混凝土工业最重要的助剂，发展历程可分为3代：第一代减水剂( 20世纪30年代): 木质素磺酸盐类及松香酸钠、硬脂酸皂类等减水剂。其减水率低, 有一定缓凝和引气作用, 掺量过多会严重影响混凝土性能。第二代减水剂( 20世纪60年代): 萘系、三聚氰胺系等减水剂。其减水率高, 不引气、不缓凝, 增强效果好, 掺量过大对混凝土性能影响不大, 但时添加这类减水剂的混凝土坍落度损失大, 而且所用的萘、甲醛、三聚氰胺等原料对人体及环境有害。第三代减水剂( 20世纪80年代): 聚羧酸系减水剂。其具有掺量低, 减水率高, 混凝土坍落度损失小且不引起明显缓凝, 水泥适应性好, 有害成分含量低, 适宜配制高性能混凝土等特点。聚羧酸系减水剂由于具有显著的优点, 目前已成为综合性能最优、应用前景最好的混凝土减水剂。
目前聚羧酸减水剂大多采用自由基聚合，使用合适的引发剂在60~80℃条件下合成得到。合成过程中需要加热，使用煤炭加热不仅耗能，还会带来环境污染问题；而使用太阳能等加热会使投资成本过大。因此低温或常温合成聚羧酸减水剂具有十分重要的意义。 1实验部分 1.1 原材料
甲基烯丙基聚醚，工业品；丙烯酸，化学纯；马来酸酐，化学纯；双氧水，分析纯；引发剂，化学纯；去离子水，工业品；氢氧化钠，分析纯。聚羧酸减水剂PG，市售
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本文作者单位：郑州大学[email protected];TEL[1**********]
1.2 主要仪器及设备
三口烧瓶，温度计，烧杯，吸管电动搅拌器，分析天平，水泥净浆搅拌机，水泥胶砂搅拌机，混凝土搅拌机 1.3 实验步骤
1.3.1 常温条聚羧酸系减水剂PC的合成
往三口烧瓶中加入计量的去离子水，甲基烯丙基聚醚，在 20~25℃时，同时滴加丙烯酸和马来酸酐水溶液和引发剂水溶液，2~3 h滴加完。反应结束，边搅拌边加入定量的 30%的碱液，调节pH 值=7~8，得到固含量为40%的聚羧酸系减水剂。
1.3.2 产品性能测试
按 GB/T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》中规定的方法分别测定水泥净浆流动度和水泥砂浆减水率；按 GB 8076—1997《混凝土外加剂》中规定的试验方法分别测定混凝土坍落度和混凝土抗压强度。 2 结果与讨论
2.1 聚羧酸系减水剂对水泥净浆的影响
表1 水泥净浆实验 减水剂样品 PC PG PC PG PC PG
水泥样品 大地 大地 同力 同力 天瑞 天瑞
净浆(0h)mm 265 260 230 240 300 285
净浆(1h)mm 255 245 210 220 320 295
表1为不同减水剂的水泥净浆实验，水灰比为0.27，减水剂掺量为水泥质量的0.2%。从表中可以看出，低温合成的聚羧酸减水剂对水泥有很好的适应性，净浆中的流动性与市售高温合成的聚羧酸减水剂性能相近，甚至有所超过。 2.2 减水剂对水泥砂浆的影响
由表 2 可以看出，随着掺量的增加,减水剂在砂浆中的减水率也逐渐提高,而
且PC与PG在砂浆中的减水效果相近。 表2 减水剂水泥砂浆实验
减水剂样品 PC PG PC PG PC PG
掺量（%） 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.3
减水率(%) 11.5 12.3 27.3 26.8 34.6 35.1
2.3 聚羧酸系减水剂对混凝土的影响
表3是不同减水剂对混凝土实验结果。由表3可以看出，随着减水剂PC掺量的增加,混凝土的用水量逐渐减少，当减水剂0.25%以上时,混凝土坍落度1 h基本不损失,而且混凝土抗压强度较空白有很大提高，28天抗压强度可提高 100%。常温合成聚羧酸减水剂与高温合成减水剂在混凝土中的应用性能相近。 表2 减水剂对混凝土影响 减水剂 掺量%
用水量kg/m3
坍落度 0h 1h
PC PG PC PG PC PG 空白
0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.3
200 200 180 180 160 160 240
220 210 230 220 235 215 240 215 280 260 275 255 200 170
抗压强度MPa 3d 28d 23.8 45.6 24.1 46.8 39.0 64.5 38.8 64.3 43.3 70.2 43.6 70.7 10.2 32.1
3 结 论
（1）在低温（20~25 ℃）条件下，选用甲基烯丙基聚醚、丙烯酸等小分子单体合成了聚羧酸高性能减水剂。实验表明常温合成的聚羧酸系减水剂高温条件下合成的市售聚羧酸系减水剂性能相近。
（2）常温合成的聚羧酸系减水剂具有掺量少、减水率高、保坍性好、水泥适
应性广、增强效果好等优点，完全可以替代高温合成样品。
（3）该低温合成方法工艺简单，原料易得，可控，环保并且能够降低生产成本。 参考文献
[1] G1endJenniferA．Lewis．Compolymer arcIlitectul Effects on the Rheological
property
evolution
of
concend
cement
suspensions．J．Am．Ceram．Soc．．2004，87(9)：1643．1652 [2] Poe，eta1．Enhanced Coil Expallsion apobrIller CoⅡlpkxation Of
Linear
Poly(methacrylic
acid)
Containing
Poly(ethylene
glycol)Grafts．Macromolecules．2004，37(7)：2603—2612．
[3] 王凌伟, 王飞镝, 郭宝春, 等. 共聚型马来酸酐系减水剂的制备与结构性能的研究[J]. 材料导报, 2010, 24( 5): 33-36.
[4] 姜玉, 庞浩, 廖兵. 聚羧酸系高效减水剂的研究和应用[J]. 化工进展, 2007, 26(1): 37-41
常温聚羧酸高效减水剂的合成研究
摘 要:在常温（20~25 ℃）条件下，采用甲基烯丙基聚醚单体，通过适当的引发体系与其他小分子单体进行自由基共聚合，合成了聚羧酸系减水剂 (PC)。研究结果表明,常温合成的聚羧酸减水剂(PC)与高温（65℃）条件下合成的聚羧酸减水剂 (PG)性能相近。本合成方法，无需加热，可减少蒸汽用量，节约能源，降低生产成本。
关键词：聚羧酸减水剂；常温；低成本；引发剂 0引言
混凝土减水剂是混凝土工业最重要的助剂，发展历程可分为3代：第一代减水剂( 20世纪30年代): 木质素磺酸盐类及松香酸钠、硬脂酸皂类等减水剂。其减水率低, 有一定缓凝和引气作用, 掺量过多会严重影响混凝土性能。第二代减水剂( 20世纪60年代): 萘系、三聚氰胺系等减水剂。其减水率高, 不引气、不缓凝, 增强效果好, 掺量过大对混凝土性能影响不大, 但时添加这类减水剂的混凝土坍落度损失大, 而且所用的萘、甲醛、三聚氰胺等原料对人体及环境有害。第三代减水剂( 20世纪80年代): 聚羧酸系减水剂。其具有掺量低, 减水率高, 混凝土坍落度损失小且不引起明显缓凝, 水泥适应性好, 有害成分含量低, 适宜配制高性能混凝土等特点。聚羧酸系减水剂由于具有显著的优点, 目前已成为综合性能最优、应用前景最好的混凝土减水剂。
目前聚羧酸减水剂大多采用自由基聚合，使用合适的引发剂在60~80℃条件下合成得到。合成过程中需要加热，使用煤炭加热不仅耗能，还会带来环境污染问题；而使用太阳能等加热会使投资成本过大。因此低温或常温合成聚羧酸减水剂具有十分重要的意义。 1实验部分 1.1 原材料
甲基烯丙基聚醚，工业品；丙烯酸，化学纯；马来酸酐，化学纯；双氧水，分析纯；引发剂，化学纯；去离子水，工业品；氢氧化钠，分析纯。聚羧酸减水剂PG，市售
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本文作者单位：郑州大学[email protected];TEL[1**********]
1.2 主要仪器及设备
三口烧瓶，温度计，烧杯，吸管电动搅拌器，分析天平，水泥净浆搅拌机，水泥胶砂搅拌机，混凝土搅拌机 1.3 实验步骤
1.3.1 常温条聚羧酸系减水剂PC的合成
往三口烧瓶中加入计量的去离子水，甲基烯丙基聚醚，在 20~25℃时，同时滴加丙烯酸和马来酸酐水溶液和引发剂水溶液，2~3 h滴加完。反应结束，边搅拌边加入定量的 30%的碱液，调节pH 值=7~8，得到固含量为40%的聚羧酸系减水剂。
1.3.2 产品性能测试
按 GB/T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》中规定的方法分别测定水泥净浆流动度和水泥砂浆减水率；按 GB 8076—1997《混凝土外加剂》中规定的试验方法分别测定混凝土坍落度和混凝土抗压强度。 2 结果与讨论
2.1 聚羧酸系减水剂对水泥净浆的影响
表1 水泥净浆实验 减水剂样品 PC PG PC PG PC PG
水泥样品 大地 大地 同力 同力 天瑞 天瑞
净浆(0h)mm 265 260 230 240 300 285
净浆(1h)mm 255 245 210 220 320 295
表1为不同减水剂的水泥净浆实验，水灰比为0.27，减水剂掺量为水泥质量的0.2%。从表中可以看出，低温合成的聚羧酸减水剂对水泥有很好的适应性，净浆中的流动性与市售高温合成的聚羧酸减水剂性能相近，甚至有所超过。 2.2 减水剂对水泥砂浆的影响
由表 2 可以看出，随着掺量的增加,减水剂在砂浆中的减水率也逐渐提高,而
且PC与PG在砂浆中的减水效果相近。 表2 减水剂水泥砂浆实验
减水剂样品 PC PG PC PG PC PG
掺量（%） 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.3
减水率(%) 11.5 12.3 27.3 26.8 34.6 35.1
2.3 聚羧酸系减水剂对混凝土的影响
表3是不同减水剂对混凝土实验结果。由表3可以看出，随着减水剂PC掺量的增加,混凝土的用水量逐渐减少，当减水剂0.25%以上时,混凝土坍落度1 h基本不损失,而且混凝土抗压强度较空白有很大提高，28天抗压强度可提高 100%。常温合成聚羧酸减水剂与高温合成减水剂在混凝土中的应用性能相近。 表2 减水剂对混凝土影响 减水剂 掺量%
用水量kg/m3
坍落度 0h 1h
PC PG PC PG PC PG 空白
0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.3
200 200 180 180 160 160 240
220 210 230 220 235 215 240 215 280 260 275 255 200 170
抗压强度MPa 3d 28d 23.8 45.6 24.1 46.8 39.0 64.5 38.8 64.3 43.3 70.2 43.6 70.7 10.2 32.1
3 结 论
（1）在低温（20~25 ℃）条件下，选用甲基烯丙基聚醚、丙烯酸等小分子单体合成了聚羧酸高性能减水剂。实验表明常温合成的聚羧酸系减水剂高温条件下合成的市售聚羧酸系减水剂性能相近。
（2）常温合成的聚羧酸系减水剂具有掺量少、减水率高、保坍性好、水泥适
应性广、增强效果好等优点，完全可以替代高温合成样品。
（3）该低温合成方法工艺简单，原料易得，可控，环保并且能够降低生产成本。 参考文献
[1] G1endJenniferA．Lewis．Compolymer arcIlitectul Effects on the Rheological
property
evolution
of
concend
cement
suspensions．J．Am．Ceram．Soc．．2004，87(9)：1643．1652 [2] Poe，eta1．Enhanced Coil Expallsion apobrIller CoⅡlpkxation Of
Linear
Poly(methacrylic
acid)
Containing
Poly(ethylene
glycol)Grafts．Macromolecules．2004，37(7)：2603—2612．
[3] 王凌伟, 王飞镝, 郭宝春, 等. 共聚型马来酸酐系减水剂的制备与结构性能的研究[J]. 材料导报, 2010, 24( 5): 33-36.
[4] 姜玉, 庞浩, 廖兵. 聚羧酸系高效减水剂的研究和应用[J]. 化工进展, 2007, 26(1): 37-41