聚羧酸减水剂的合成条件对水泥净浆流动度的影响.docx

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聚羧酸减水剂的合成条件对水泥净浆流动度的影响

２０１２年第５期ｆ总第２７１期）

Ｎｕｍｂｅｒ５ｉｎ２０１２（ＴｏｔａｌＮｏ．２７１）

混凝

土Ｃｏｎｃｒｅｔｅ

ｄｏｉ：

１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—３５５０．２０１２．０５．０１４

理论研究

１ｌⅢ０ＲＥＴＩＣＡＬ

ＲＥＳＥＡ】ＫＨ

聚羧酸减水剂的合成条件对水泥净浆流动度的影响

赵苏．吴娇颖。

富尔康

（沈阳建筑大学材辩科学与工程学院，辽宁沈阳１１０１６８）

摘要：

讨论合成条件对水泥净浆流动度的影响．确定适宜的合成条件。

试验表明：

引发刺用量达到大单体质量的６，８％，大单体、顺丁烯

二酸酐、甲基丙烯磺酸钠和丙烯酰胺的质量比为ｌ：

０．２３５：

０．１００：

０．０２７，反应温度约为８０℃，反应时间为“７ｈ．制备出了水泥净浆流动度为

２８０

ｍｍ、分散性能较好的聚羧酸减水剂。

红外光谱表明，聚羧酸减水剂分子中包含羟基（一ＯＨ）、磺酸基（一ｓ伤），羧基（一ＣＯＯＨ）、酰胺基

（一ＣＯＮＨ：

）、醚基（一Ｏ一）等特征官能团，说明特征官能团对聚羧酸减水剂的性能起着重要作用。

关键词：

聚羧酸减水剂；合成条件；反应组分；水泥净浆流动度中图分类号：

ＴＵ５２８．０４２．２

文献标志码：

Ａ

文章编号：

１００２－３５５０（２０１２）０５＿００４４－０３

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｌｕｉｄｉｔｙｏｆｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅ０１１ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｐｏｌｙｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｌｃｉｚｅｒ

ＺＰ．ＡＯＳｕ，ＷＵＪｉａｏ－－ｙｉｎｇ．ＦＵＥｒ－ｋａｎｇ

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Ｊｉａｎ２ｈｕＵａｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎ９１１０１６８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｌｕｉｄｉｔｙｏｆｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅ

ＯＢ

ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐｒｏｃｅａ￥ｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗｅｌ＇ｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．

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Ｏ

引言

聚羧酸高性能减水剂可以有效提高拌合物的工作性。

提高

混凝土的耐久性，可以制得高强高性能混凝土、高流动性混凝土、泵送混凝土等。

这对于海上建筑设施、大体积混凝土工程等具有十分重大的意义Ⅲ。

聚羧酸减水剂性能特点有：

掺量低＋减水率高；保塑性强，坍落度损失小；低收缩；绿色环保，对环境友好等日。

聚羧酸高性能减水剂也将成为高性能混凝土必不可少的组分之一【习。

国外对聚羧酸减水剂的研究与应用起步早而且日渐增多。

日本和欧美一些国家在相关聚羧酸减水剂研究方面的论文出现了大幅度增多的趋势，主要侧重于制备聚羧酸减水剂及研究

有关的混凝土工作性能和工程方面的应用技术Ｍ。

国内正处于

研究和应用阶段，对聚羧酸减水剂的研究已经取得一定的成果。

国内已有对带有羧酸基、磺酸基和聚氧乙烯基的物质合成为分散性能较好的聚羧酸减水剂方面的研究ｎ。

还有对丙烯酸、磺酸盐、丙烯酸酯类及马来酸二乙酯等不饱和单体合成聚羧酸减水剂及其对净浆流动度影响的研究阿。

也有研究是对以聚氧乙烯基烯丙酯，丙烯酸、丙烯基磺酸钠等不饱和单体合成聚羧酸类减水剂的工艺，以及对聚羧酸减水剂分散性能的几个因素分析

收稿日期：

２０１Ｉ－１１—１９

基金项目：

辽宁省教育厅基金项目（２００９Ｓ０８５）

・４４・

方面的研究唧。

但是国内对聚羧酸减水剂的原料、合成工艺、结构与性能关系和适应性等方面问题仍然缺乏系统的研究。

聚羧酸减水剂是一种水溶性的聚合物，是由不饱和单体通过聚合反应得到的梳型分子结构睁ｍ。

本试验是通过不饱和的单体在引发剂的作用下聚合．使聚合物带有活性基团的侧链，从而获年导一定性能的聚羧酸藏水剂。

１试验

１．１

主要原材料和仪器设备

原料：

顺丁烯二酸酐，分析纯；甲基丙烯磺酸钠。

工业级ｉ丙

烯酰胺，分析纯；过硫酸铵，分析纯；氢氧化钠。

分析纯；丙烯基聚氧乙烯醚，工业级；冀东牌Ｐ－Ｏ４２．５级水泥。

仪器设备：

电热恒温水浴锅；ＤＷ－３型数显电动搅拌器；ＦＡｌｌ０４Ｎ电子天平；ＮＪ．１６０Ｂ水泥净浆搅拌机；ＮｉｃｏＬＥＴ３８０ＦＴ一ⅡＬ型傅立叶变换红外光谱仪。

１．２合成方法及测试方法

向已安装有温度计、数控搅拌器．滴液漏斗、冷凝管的四口烧瓶中加入大单体和一定量的水，水浴加热至５０，－９０℃，至完全溶解；向反应装置中分批加入一定量的顺丁烯二酸酐溶液、甲基丙烯磺酸钠溶液、丙烯酰胺溶液及过硫酸铵溶液，ｌ￣２ｈ滴完，

万方数据

继续保温１，－６ｈ；然后用氢氧化钠溶液中和试验产物，调节ｐＨ值为６－－－８之间．即可得到合成的样品。

水泥净浆流动度按照ＧＢｆｌ＂８０７７－－２０００（混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试。

２结果与讨论

２，１引发剥用量对水泥净浆流动度的影响

其他试验条件保持不变，只改变引发剂过硫酸铵的用量，分别为３．５％、５．０％、６．８％、８．５％（按大单体的质量百分数计）进行试验。

测试水泥净浆流动度。

研究引发剂用量对水泥净浆流动度的影响，结果如图１所示（外加剂掺量折成固含量占水泥

质量的０．２％）。

ＥＥ、

魁蒋醒妊蹙赠芒

顺Ｊ烯二酸酐州量，％

图２顺丁烯二酸酐用量对水泥净浆流动度的影响

分散能力的影响．顺丁烯二酸酐用量增加时聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度总体变化趋势为大幅度增大；然后顺丁烯二酸酐用量达到一定量后聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度趋于平稳。

在聚羧酸减水剂分子结构中，引入了羧基很重要的一个特征基团，羧基是由羰基和羟基组成。

羧基具有减水、缓凝、保坍的作用，属于阴离子型官能团，具有静电斥力作用，有利于聚羧酸减水剡的分散作用，提离减水率。

顺丁烯二酸酐的用量为大单体质量的２３．５％时，对聚羧酸减水剂的合成方面影响比较好，可以

使聚羧酸减水剂的分散性达到较好的状态。

２．２．２甲基丙烯磺酸钠用量对水泥净浆流动度的影响

改变甲基丙烯磺酸钠的用量，保持反应的其他条件不变，观察水泥净浆流动度的变化。

本试验中，甲基丙烯磺酸钠用量按照大单体的质量百分数计，分别加入０、３．４％、６．７％、１０．Ｏ％的甲基丙烯磺酸钠进行对比试验。

甲基丙烯磺酸钠用鼍对水泥净浆流动度的影响，如图３所示（外加剂掺量折成固含量占水泥质量

的０．２％）。

２９０Ｅ

２８０量２７０

面２６０媛２５１３

辇２４０

＊２３０

２２０

撕瑚Ⅲ瑚哪瑚挪帅瑚Ⅲ㈣捌姗枷啪枷啪ｍⅢ啪

万方数据

１２．７％的丙烯酰胺进行合成试验。

丙烯酰胺用量对水泥净浆流动度的影响，如图４所示（外加剂掺量折成固含量占水泥质量

的Ｏ．２％）。

吕Ｅ

刳稃培鞫｝蹙赠＊

０

２

４

６

８

ｌＯ

１２

１４

丙烯酰胺用量序

图４丙烯酰胺用量对水泥净浆流动度的影响

由图４可知，随着丙烯酰胺用量的增加，水泥净浆流动度随之增加，达到一个最大值，然后开始下降。

在聚羧酸减水剂的分子结构中引入酰胺基，可以使聚羧酸减水剂的性能提高。

开始加人丙烯酰胺时，水泥净浆流动度也随之增大，也能说明分散能力增强；当丙烯酰胺用量达到大单体质量的２．７％时，水泥净浆流动度的值达到最大，分散能力也到达较好的状态，水泥净浆的稳定性好；再继续增加丙烯酰胺用量，水泥净浆流动度开始减小，聚羧酸减水剂的分散能力下降，试验中水泥净浆稳定性好，水泥净浆的黏性增大。

因此．选用丙烯酰胺用量为２．７％时，此时对合成聚羧酸减水剂性能有较好的影响。

２．３反应温度对水泥净浆流动度的影响

改变反应温度，其他反应条件不变，对不同反应温度合成出来的样品。

进行水泥净浆流动度的测定，从而确定较合适的反应温度。

反应温度对水泥净浆流动度的影响，结果如图５所示（外加剂掺量折成固含量占水泥质量的０．２％）。

昌吕、

捌需堰翔｝赉赠＊

围５反应温度对水泥净浆流动度的影响

由图５可知，随着反应温度的不断升高，聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度随之增大，然后趋于平稳；也表明聚羧酸减水剂对水泥净浆的分散能力先增强后趋于平稳。

当反应温度达到７０℃时，聚羧酸减水剂的新拌水泥净浆流动度开始趋于平稳，反应温度８０－－－９０℃时，新拌水泥净浆流动度基本达到平稳。

然后观察１ｈ水泥净浆流动度，虽然反应温度与水泥净浆流动度的变化趋势没改变，但是反应温度在７０℃时聚羧酸减水剂的１

ｈ

水泥净浆流动度明显比８０℃时要低一些．反应温度８０＂－＇９０℃时，聚羧酸减水剂的Ｉｈ水泥净浆流动度基本相同。

对能源和环境等方面的综合考虑，当反应温度约为８０℃时，聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度达到较好水平，分散能力处于较佳状态。

２．４反应时间对净浆流动度的影响

反应时间是滴加时间和保温时间之和，滴加引发剂和反应物的时间已基本确定。

因此保温时间的长短也成为聚羧酸减水

・４６‘

荆合成很重要的因素。

只改变保温时间。

其他试验条件保持不变，保温时间控制在１，－．６ｈ之间。

保温时间对水泥净浆流动度的影响，如图６所示（外加剂掺量折成固含量占水泥质量的Ｏ．２％）。

保温时间，ｈ

圈６保温时间对水泥净浆流动度的影响

由图６可知，随着保温时间的增加，合成的聚羧酸减水剂水泥净浆流动度开始时也随之增加，然后变化趋势趋于不变。

保温时间过短，聚合反应不能充分进行，单体没有充分参与反应，聚羧酸减水剂的有效成分较低，影响了水泥净浆流动度；当保温时间为４ｈ时，新拌水泥净浆流动度开始趋于平稳，分散能力较好，但是ｌｈ水泥净浆流动度却还没有达到最大值；当保温时间为５ｈ时，聚羧酸减水荆样品的新拌水泥净浆流动度和ｌ

ｈ

水泥净浆流动度都已到最大值，而且继续延长保温时间，水泥净浆流动度都趋于稳定，此时其分散能力也达到较好的状态；保温时间继续延长，聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度也不再有明显的增加。

通过试验数据和节能方面的考虑，当保温时间为５

ｈ

时，对聚羧酸减水剂的合成效果比较合适。

也就是说，反应时间为缸７ｈ时对聚羧酸减水剂的合成效果较好，其水泥净浆流动度到达最大值，分散能力达到较优的状态。

２．５红外光谱分析

本试验是采用ＮｉｅｏＬＥＴ３８０ＦＴ．ＩＲ型傅立叶变换红外光谱仪对水泥净浆流动度较大的聚羧酸减水剂试样进行红外光谱分析，如图７所示。

ｌｏｏ

Ｂ０

盖６０蕴４０

２０

ｏ５００ｌｏｏｏ

ｌ５００

２０００

２５００

３０００

３５００４０００

渡数／ｅｒａ“

图７聚援酸减水剂的红外光谱圈

如图７可知，在６１５、８４５、９４９、ｌ

１００、１２５０、ｌ３５０、１４６０、ｌ５８０、

ｌ６７０，２８７０、３４２０ｃｍ＂ｑ等波数附近处都有吸收特征峰，由此可见聚

羧酸减水剂分子结构中存在：

羟基（一ＯＨ）、羧基（一ＣＯＯＨ）醚基（正Ｌ）、磺酸基（一ｓｏｉ）、酰胺基（－ＣＤＮＨ：

）等官能团。

醚基的特征吸收峰存在，同时也说明在聚羧酸减水剂的分子结构中有聚氧乙烯基的存在。

从而说明特征官能团对聚羧酸减水剂性能起着重要作用，更体现了聚援酸减水剂的分子结构与其性能有着紧密的关系。

３结论

（１）随着引发剂用量的增加，聚羧酸减水剂的水泥净浆流

动度不断增大，分散能力有明显堕塑壹！

当！

！

垄型旦量垄型查

・下转第４９页

万方数据

空前后的分析。

看出一旦混凝土的完全脱黏，导致在相同外荷载作用下，结构刚度减小了４ＥＡ（ｏ／２）ｚ的数值，即：

结构抵抗下挠的能力降低。

在施工、运营阶段里，钢管混凝土要保证足够的结构刚度，避免过大的变形，才能获得足够的安全储备。

对于大跨径的建筑结构，尤其在动荷载作用下，对刚度的需求会更高一些。

因此．避免钢管混凝土刚度的损耗，克服应力集中所带来的开裂危害等同题，将防止结构产生进一步的塑性性能及耐久性能的削弱。

（２）合理的刚度参数。

钢管混凝土刚度的调整，会带来比较敏感的内力反应。

尤其在危险的控制截面上，性能上的影响更为明显。

在钢管混凝土拱桥中，适当提高钢管混凝土拱肋的刚度值，可使结构的承载力比原来增加２０％左右，这对结构整体内力的改善比较有利，大大提高ｒ使用的安全指数。

在进行结构的内力分析时，对受力明显的关键部位，可先拟定一个预估的初始尺寸，再根据内力台理分布的原则，确定好局部上的刚度，以获得最佳的设计参数。

（３）“强、流、密”的工程原则。

钢管钢材的选用，要保证高强度。

用钢管加工的精细度及良好的质量，为结构提供足够的刚度储备，而钢壁的厚度取大于２０ｍｉｌｌ左右的数值；混凝土的高流态。

保证原材级配合比的合理性，粗骨科也不宜占用太多，级配最大的粒径（选用大黏结力的粗糙面）宜取小于１８ｔｏｎｉ左右的连续值；混凝土的高密实度。

为克服混凝土上的断缝、蜂窝等质量问题，实现钢管与混凝土之间的紧密贴合，可从对混凝土浇

筑工艺的控制上人手，采用对称、连续的压注灌浆施工，对坍

・上接第４６页

单体质量的６．８％时，聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度达到最大值，分散能力最好；引发剂用量继续增加，聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度变小，分散能力减弱。

（２）通过试验得到如下各反应组分质量比例，大单体：

顺丁烯二酸酐：

甲基丙烯磺酸钠：

丙烯酰胺为Ｉ：

０．２３５：

０．１００：

０．０２７，所合成出的聚羧酸减水剂的分散性能较优，减水效果显著。

（３）试验结果表明合成聚羧酸减水剂的反应温度约为８０℃较适宜，此温度合成的聚羧酸减水剂水泥净浆流动度达到较好水平．分散能力达到较佳状态。

（４）试验结果表明反应时间为６０ｈ时对聚羧酸减水剂的合成比较适合，此时合成出来的聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度达到较佳水平，分散能力达到较优的状态。

‘（５）通过红外光谱分析。

得出合成的聚羧酸减水剂中已具有羟基、磺酸基，羧基、酰胺基、醚基等特征基团，从而说明特征官能团对聚羧酸减水剂性能起着重要的作用。

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２００６，自密实混凝士应用技术规程【ｓ１．

作者简介：

黄民元（１９７６一）．男。

副教授，工程师，从事土木工程研究。

联系地址：

长沙市中南林业科技大学土木工程与力学学院（４１０００４）联系电话：

１３７５５０４９１９５

ｓｉｏｎＯｆｃｅｌｎｅｒＲｐａｒｔｉｅｌｅｓｉｎｆｒｅｓｈｐａｓｔｅｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｒｇａｎｉｃａｄｍｉｘｔｕｒｅ［Ｊ］．

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ｄｉｓｐｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙ

ｉｎ

ｃｅ－

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赵苏（１９６５一）。

女，教授，博士．主要从事材料化学和物理化学的研究。

辽宁省沈阳市浑南新区浑南东路９号沈阳建筑大学材料科学与工程学院（１１０１６８）

１３３２２４３３２１８

作者简介：

联系地址：

联系电话・４９・

万方数据

聚羧酸减水剂的合成条件对水泥净浆流动度的影响

作者：

赵苏，吴娇颖，富尔康，ZHAOSu，WUJiao-ying，FUEr-kang作者单位：

沈阳建筑大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳,110168刊名：

混凝土英文刊名：

Concrete年，卷（期：

2012（5

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