聚羧酸系混凝土减水剂合成工艺及性能研究

1、全国中文核心期刊新型建筑材料聚羧酸系混凝土减水剂合成工艺及性能研究马保国，谭洪波，潘伟，许永和（武汉理工大学硅酸盐工程中心，湖北武汉）、丙烯酰胺甲基丙基磺酸钠（）、甲基丙烯酸摘要：以大分子单体甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯（）（）共聚合成聚羧酸减水剂，对其合成工艺、减水剂的水化热电性能及水泥混凝土性能进行研究。结果表明，当（）（）、的摩尔分数为、引发剂用量为单体质量的、反应温度为时，合成的共聚物减水剂有较好的分散性和分散保持性，能有效抑制水泥水化放热作用，延缓浆体结构形成，与国外同类产品性能接近。甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯；混凝土减水剂；聚羧酸；水化热电性能关键词：中图分类号：文献标识码：文章编号

2、：（），（，）：（），（），（）（）（），；：；聚羧酸系高性能混凝土减水剂在年由日本研发成功后，世纪年代中期已正式工业化生产，是继木钙和萘系减水剂后发展起来的第三代高性能混凝土减水剂，以高减水率、高保坍、高增强、与水泥适应性强等特点，以及超分散性和超稳定性引起了人们的密切关注，在欧美一些发达国家得到了广泛应用。而在我国主要以萘系减水剂为主，产量占高浓高效减水剂用量还不到，聚羧酸减水剂到左右，则更少。随着混凝土技术的发展，聚羧酸减水剂以其优良的性能必将得到较快发展。本文对聚羧酸减水剂的合成工艺及其水化热和电性能等进行了研究。基金项目：国家“”项目资助（）收稿日期：作者简介：马保国，男，年生，博导

3、，教授。实验合成实验原料甲基丙烯酸（）：工业级，北京东方化工厂；甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯（、）：自制；丙烯酰胺甲基丙磺酸（），工业级，进口；其它助剂：分析纯，上海化学试剂有限公司。实验方法共聚物减水剂的合成向的水溶液中一边滴加引发剂，一边滴加大分子单体、与的混合物，经自由基聚合得到高分子共聚物，中和值至，得到一定浓度（固含量）的聚羧酸减水剂。水泥净浆流动度及流动度损失取水泥，水，采用截锥圆模（上，下新型建筑材料马保国，等：聚羧酸系混凝土减水剂合成工艺及性能研究，）测试掺减水剂水泥净浆的初始流动度及的流动度损失。减水剂的掺入量均以固体质量计。水化热测试的空间位阻效应得到较好的斥力与聚氧乙烯链（

4、）发挥，分子结构较合理，各官能团协调作用，使共聚物的分散性及分散保持性最好，水泥净浆流动度大于，流动度几乎不损失。采用自行研制的自动高效水化热测定仪，参照进行测试。试。混凝土试验电阻率测试采用香港科技大学研制的无电极电阻率测定仪进行测水泥混凝土试验参照、和进行。结果与讨论与用量对水泥净浆流动度的影响与是此类减水剂的主要原料。在图磺酸基用量对水泥净浆流动度的影响聚氧乙烯链链长对水泥净浆流动度的影响聚氧乙烯链（）是聚羧酸系减水剂的重要官能团，是空间位阻效应的主要贡献者，其链长对减水剂的性能有很大影响。选择不同分子量的甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯与的二元系统中，主链上聚氧乙烯链（、）与、（）侧链与的比

5、例对减水剂的分散性和分共聚合成减水剂编号分别为、，试验结果见表。表聚氧乙烯链链长对水泥净浆流动度的影响散保持性能有很大影响。图所示在相同的掺量（）下，当（）（）时合成的聚合物分散性和分散保持性最好。当用量过大时，空间阻力大，不利于高分子聚合，转化率较低；当用量过小时，聚合反应容易发生，但是聚氧乙烯链（）侧链的空间位阻效应不能充分发挥，分散性及分散保持性较差。试样编号（）（）（）初时流动度流动度由表可见，随着聚氧乙烯链（）分子链长的增加，共聚物的分散性渐渐降低，但分散保持性几乎不变。这是因为一方面分子量较高的聚氧乙烯链在酯化过程中转化率不高，造成共聚物中有效分散成分较低；另一方面聚合聚氧乙烯链分

6、子量较大，空间阻力较大，不利于高分子长链的形成。引发剂用量对水泥净浆流动度的影响减水剂重均分子量的大小主要取决于主链的长短，即主链的聚合度。分子链过短，所带的负电基团较少，排斥性能较图主链上聚氧乙烯链（）侧链与的物质的量比对水泥净浆流动度的影响差，而分子链过长，则一个高分子链可吸附多个水泥颗粒，形成絮凝，主链的聚合度一般控制在，其重均分子量在。链的过分增长会降低分子链主链的柔顺性，从而降低了减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附性，分散性能亦随之下降，甚至形成难溶于水的高聚物。通过改变引发剂过硫酸铵的用量可以控制其分子量在合理范围之内，使高分子共聚物的水泥净浆流动度达到最大。图为引发剂用量（按反应物质

7、量百分比计）对水泥净浆流动度的影响（减水剂的掺量为）。由图可见，当引发剂用量为时共聚物分子量比较合适，水泥净浆流动度达到最大，分散性最佳。磺酸基的引入对水泥净浆流动度的影响在减水剂的分子结构设计时，希望引入阴离子磺酸基以提高减水性能，本试验中加入引入磺酸基。图为磺酸基用量（摩尔百分比）对水泥净浆流动度的影响（减水剂的掺量为）。由图可见，当磺酸基过多时，分散性及分散保持性均下降；磺酸基过少时，其基团性能得不到有效发挥。当磺酸基的摩尔分数为时，羧基（）、磺酸基（）的静电马保国，等：聚羧酸系混凝土减水剂合成工艺及性能研究化物膜的增厚及其空间位阻效应，阻碍了水泥水化及水泥粒子的凝聚，并由于聚羧酸系减水

8、剂中缓凝组分的缓凝作用，因而结构形成期及稳定期电阻率变化较小，溶解溶解平衡期延长，水泥浆体在较长时间内保持塑性状态。这与从热性能角度方面所表述的水化热降低、放热峰延时、放热峰变宽是一致的。图引发剂用量对水泥净浆流动度的影响减水剂掺量对水泥净浆流动度的影响（见图）减水剂对水泥水化热电性能影响分析图对比了萘系、某进口聚羧酸系和减水剂对水泥浆体水化热性能的影响规律，其中减水剂掺量均为。图对比了萘系、进口聚羧酸系和减水剂对水泥浆体电阻率的影响规律。图减水剂掺量对水泥净浆流动度的影响由图可以看出，减水剂的掺量为时，水泥净浆流动度可达，净浆流动度损失小于，净浆流动度损失小于；掺量为时，水泥净浆流动度可达到

9、，水泥净浆流动度损失小于，水泥净浆流动度损失小于；掺量为时，水泥净浆流动度可达到，流动度没有损失，流动度损失小于。图萘系和聚羧酸减水剂对水泥水化热的影响减水剂对混凝土性能的影响混凝土性能试验配合比见表，减水剂对混凝土性能的影响见表。减水剂对混凝土有较好的分散性从表可以看出，和分散保持性，且明显好于萘系减水剂，与国外进口聚羧酸性能较为接近。表试样编号、混凝土性能试验配合比水泥品种材料用量（）水泥砂石水图萘系和聚羧酸减水剂对水泥浆体电阻率的影响由图可见，聚羧酸系减水剂对水泥水化热历程的调控作用较强，与进口聚羧酸减水剂性能相差不大。由于吸附与空间位阻效应，聚羧酸系减水剂阻碍了水泥颗粒中离子的释放，进

10、而延缓水化反应的进行。与萘系减水剂相比，初期水化速度加快，诱导期延长，加速期滞后，放热范围宽化，相同掺量下，聚羧酸系减水剂与水泥的适应性比萘系减水剂好，使浆体在较长时间内保持塑性状态。由图可见，聚羧酸减水剂使水泥颗粒的最初水化减慢，电阻率较高，进入诱导期的时间推迟，并且诱导期延长，诱导期结束后，结构形成较快。另外，与进口聚羧酸减水剂对水泥浆体的电阻率曲线极为相似。水化反应初期，由于聚羧酸系减水剂对水泥的高分散性，促使水泥粒子分散，促进了初期水化反应，其后由于其初始水新型建筑材料武汉凌云级普硅水泥华新级复合硅酸盐水泥、武汉一冶“三垒”级普硅水泥、表试样编号减水剂种类某进口聚羧酸自制巨龙奈系某进口

11、聚羧酸自制自制混凝土性能试验结果坍落度掺量初始抗压强度某进口聚羧酸注：以水溶液计量；以固体粉剂计量。新型建筑材料全国中文核心期刊碳化法制备纳米碳酸钙的研究马祥梅，王斌（安徽理工大学化学工程系，安徽淮南）利用氯化钙、氨水和二氧化碳为原料，采用碳化法制备纳米碳酸钙。考察了反应温度、溶液浓度、气体流量、添加剂摘要：等因素对碳酸钙粒子平均粒径、形貌和反应时间的影响，并用和对产物进行了表征。结果表明，使用一定种类添加剂，在、的溶液和流量的条件下，可制得粒度分布均匀、分散性好、平均粒径为左右的球形纳米碳酸钙。纳米碳酸钙；碳化法；制备关键词：中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，；：；纳米碳酸钙

12、具有与常规材料不同的量子尺寸效应、小尺寸效应、量子效应和表面效应等特性，以其高纯、超细、改性和功能性为标志，可广泛应用于橡胶、建筑塑料、建筑涂料等产基金项目：安徽省高校青年科研基金（）收稿日期：作者简介：马祥梅，女，年生，安徽寿县人，副教授，主要从事纳米复合材料研究。品中，国内外的需求量很大。目前，工业上主要采用石灰石为原料，成本低廉，但对自然环境造成破坏，高温锻烧过程要消耗大量能源，且产物粒径分布不均匀。近年来，人们致力于研究新的纳米碳酸钙制备方法，如超重力法、微乳液法和碳化法等。本文采用碳化法，利用化工生产中产生的副产物氯化钙和氨水为原料制备纳米碳酸钙，初步讨论制备工艺条件和添加剂对粒子的

13、粒度分布和形貌的影响，为今后的工业化生产"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""结语参考文献：李崇智，李永德，冯乃谦，等聚羧酸系减水剂的合成工艺研究建筑材料学报，（）：谭洪波，潘伟，等聚羧酸系高性能减水剂的构性关系研马保国，（）：究化学建材，马保国，谭洪波，廖国胜，等聚羧酸系高性能混凝土减水剂的试验研究混凝土，（）：李永德，冯乃谦，等聚羧酸系减水剂结构与性能关系的李崇智，试验研究混凝土，（）：廖国胜聚丙烯酸系混凝土高性能减水剂的研究武汉：武汉，理工