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混凝土用聚羧酸类降粘剂的合成与研究
发布时间:2018.09.04 新闻来源:贵州石博士科技有限公司 浏览次数:

 邓妮1,方世昌1,颜义1   

摘要:高标号混凝土的高粘度影响其在工程中的应用,本文研究不同分子量的马来酸聚乙二醇(MAH-PEG),甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸(AA)合成降粘剂,并讨论各单体作用原理。研究表明PEG分子量为1000MMAAA:MAH-PEG的摩尔比为0.4:2:1,引发剂和链转移剂用量分别为MAH-PEG质量的1.4%1%时,合成降粘剂具有一定减水性能,其能显著降低高标号混凝土的粘度。

关键词:降粘;高标号混凝土;流动性;

1 引言

随着建筑行业的高速发展以及我国基础建设的加大,土木工程规模不断扩大,混凝土用量也不断增加,对混凝土要求也日益提高[1]。如何降低混凝土粘度成为高强与超高强混凝土发展的关键问题。目前可采用的降粘方法主要是添加外加剂和调整掺合料来实现。其中一种是添加适量的引气剂形成微小封闭球状气泡或者添加微珠颗粒,起到滚珠效应来减少骨料颗粒之间的摩擦力,从而降低粘度,但作用有限,并且过多气泡对强度有不利影响。掺合料主要是掺入粉煤灰改善工作性能,但对超高强混凝土降粘效果也十分有限[2-3]。目前通有机合成降粘研究仍然较少。本文通过利用聚羧酸减水剂可设计性,通过引进特殊官能团和控制主链和侧链长度[4-5],调节降粘剂在水泥颗粒表面水膜层厚度,并起到润滑作用,从而起到降低混凝土粘度,旨在解决高标号混凝土粘度大流速慢的问题。

2 试验

2.1试验试剂

聚乙二醇(Mr=600Mr=1000, Mr=1500 Mr=2000,分别表示为PEG600PEG1000PEG1500PEG2000):分析纯,上海展云化工有限公司;马来酸酐(MAH)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)、 过硫酸铵(APS)、链转移剂(具有还原性)、氢氧化钠,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

2.2马来酸聚乙二醇酯(MAH-PEG)合成

在四颈烧瓶中加入450gPEG,升温到50℃,开启搅拌,按摩尔比PEGMAH=11投入MAH,升温70-80℃,在不断搅拌下反应3-4h,得到黄色或红色液体即为马来酸聚乙二醇酯,根据聚乙二醇分子量不同分别标记为MAH-PEG600MAH-PEG1000MAH-PEG1500MAH-PEG2000

2.3降粘剂的合成

在四颈烧瓶中投入一定量水、MAH-PEG、链转移剂、组成釜底液。一定量的水、AAMMA组成液,一定量水和过硫酸铵组成B液,将釜底温度升到60-70℃,同时滴加A液和B液滴加,3h滴加完毕,滴加完毕后保温老化1-2h,用NaOH溶液调节PH7-8。即得到降粘剂。

2.3分析方法

水泥净浆流动度按GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》中的方法进行测试,W/C=0.29,降粘剂掺量 0.22% ( 折固掺量)

混凝土粘度用流空时间来评价,依照 GB8076-2016 的规定进行,其中混凝土配合比采用工程用C60 配合比,混凝土各材料用量见表1,降粘剂占胶凝材料的0.03%

1:混凝土各材料用量/(kg/m3)

水泥

粉煤灰

矿粉

机制砂

石子

减水剂

440

40

60

926

814

150

16

具体方法为:将坍落度筒倒置,底部加封盖,装满混凝土并抹平(倒置坍落度筒固定于支架上,底部离地50 cm),迅速滑开底盖,用秒表计量混凝土流空的时间。

3 结果与讨论

3.1 MAH-PEG分子量对水泥净浆流动度和混凝土粘度的影响

MAH-PEG用量不变情况下,控制MMAAAMAH-PEG摩尔比为0.221,过硫酸铵和链转移剂分别占单体总质量的1.2%1%条件下。调整PEG分子量,考察PEG分子量对净浆流动度和混凝土粘度的影响规律。

从图1中可以看出,PEG分子量较小时,由于空间排斥力较弱,降粘剂减水率较低,随着PEG分子量的增长初,始流动度依次增加,而经时损失也逐渐增大,混凝土留空时间也增加。这是由于PEG亲水性较高,当分子量增加时,其在混凝土水泥颗粒表面形成的水膜层厚度增加,束缚较多自由水,使得粘度增加,留空时间较长。另外PEG分子量较小,同等质量MAH-PEG在混凝土可以释放更多PEG分子, PEG分子在自由水中可以与水泥颗粒形起到共分散、润滑降粘作用。所以综合考虑流空时间和净浆流动度性能,选用分子量为1000PEG作为合成MAH-PEG

             

     1 PEG分子量对水泥净浆流动度和混凝土粘度的影响   2 MMAMAH-PEG对水泥净浆流动度和混凝土粘度的影响

3.2甲基丙烯酸甲酯对水泥净浆流动度和混凝土粘度的影响

MAH-PEG1000用量不变情况下,控制摩尔比AAMAH-PEG1000=21,过硫酸铵和链转移剂分别占单体总质量的1.2%1%条件下。调整MMA用量,考察其对净浆流动度和混凝土粘度的影响规律。

由图2可以看出,随着MMA用量的增大,混凝土的流空时间呈现出明显减小的趋势,MMA分子结构中含有较大比例的憎水性甲基基团,起到调节降粘剂亲水性能的作用,保证一定水膜层厚度情况下,减少自由水的束缚,粘度降低。当MMAMAH-PEG0.4:1时,具有较好的降粘效果。降粘剂也具有一定的减水性能。当MMA较多时,降粘剂的减水和保坍性能下降。

3.3 AA对水泥净浆流动度和混凝土粘度的影响

MAH-PEG1000用量不变情况下,控制摩尔比MMAMAH-PEG1000=0.41,过硫酸铵和链转移剂分别占单体总质量的1.2 %1%条件下。调整AAMAH-PEG比例用量,考察其对净浆流动度和混凝土粘度的影响规律。

3 表明,随着AA 用量的增大,混凝土的流空时间也变化不大。只是在AA比例较小时,流空时略微偏长,此时减水和保坍都较差,这是因为MAH-PEG双键活性较差,且只能共聚,在AA含量较少时候,较多MAH-PEG未参入聚合,转化率偏低。随着AA比例增加,转化率提高,同时1分子MAH-PEG1000提供1分子的-COOH,更多的羧基提供更多电负性,降粘剂分子较快的吸附在水泥颗粒表面,减水率和保坍性能都有提高。但当AA增加到一定量后,减水性能变化不大,但损失越来越大,这是因为AA增加虽然增加吸附能力,但降低了侧链密度,性能反而有所下降。当AAMAH-PEG100=21时综合性能较忧。

3.4 过硫酸铵对水泥净浆流动度和混凝土粘度的影响

MAH-PEG1000用量不变情况下,控制摩尔比MMAAAMAH-PEG1000=0.421,链转移剂占MAH-PEG1000质量的1%条件下。调整过硫酸铵用量,考察其对净浆流动度和混凝土粘度的影响规律。

                  

3 AAMAH-PEG对水泥净浆流动度和混凝土粘度的影响 4NH4)2S2O8MAH-PEG质量比对水泥净浆流动度和混凝土粘度的影响

4表明,(NH42S2O8用量对混凝土粘度影响较小,随着(NH42S2O8用量增大,降粘剂减水性能有所增加,但保坍性能先增加后减少,当(NH42S2O8用量为MAH-PEG1000质量的1.4%时,其性能较好。

3.5链转移剂对水泥净浆流动度和混凝土粘度的影响

MAH-PEG1000用量不变情况下,控制摩尔比MMAAAMAH-PEG1000=0.421,(NH42S2O8用量为MAH-PEG1000质量的1.4%时条件下。调整链转移剂用量,考察其对净浆流动度和混凝土粘度的影响规律。

5 链转移剂占MAH-PEG质量比对水泥净浆流动度和混凝土粘度的影响

从图5可以看出,随着链转移剂用量的增加,降粘剂初始流动度和1h流动度都先增加后减少,这是因为链转移剂是分子量控制的重要因素,适合的分子量利于降粘剂在水泥颗粒表面的吸附,链转移剂对混凝土留空时间影响较小。因此,链转移剂最佳用量为MAH-PEG质量的1%

4 结论

本文研究不同分子量的马来酸聚乙二醇(MAH-PEG),甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸(AA)合成降粘剂的作用机理。研究表明:在PEG分子量为1000时合成MAH-PEG1000,控制MMA:丙烯酸:MAH-PEG100摩尔比为0.421,引发剂和链转移剂分别占MAH-PEG1000质量的1 .4%1%条件下,合成降粘剂具有一定减水性能,其能显著降低高标号混凝土的粘度。

参考文献

  1. [1]王玲,高瑞军.聚羧酸系减水剂的发展历程及研发方向[J],混凝土世界,201211(41):54-57

    [2] 蒲心诚.超高强混凝土的研究与应用[J].混凝土,1993(5):8-17

    [3] 吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道部出版社.1999

    [4] 张海波,尚海涛,管学茂.马来酸酐型聚羧酸高效减水剂的合成[J]新型建筑材料,2013:31-34

    [5] 马保国,李亮,谭洪波,.缓凝型聚羧酸减水剂的研究[J]化学建材,200824(4)49-51

     

[作者简介]邓妮,女,研发工程师,主要从事混凝土外加剂研发及应用工作。

[联系方式]18585501505

[联系地址]贵州省贵阳市观山湖区二铺至朱昌公路600米处

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