保坍型抗泥聚羧酸减水剂的制备及性能研究

保坍型抗泥聚羧酸减水剂的制备及性能研究

0抗泥型聚羧酸减水剂的合成国内基础设施的快速发展需要大量高质量的砂石资源，但目前还难以满足需求。含有大量沉积物的砂石粉已广泛应用于混凝土结构。本研究以论文《抗泥型聚羧酸减水剂的研究（I）———普通型》中所采用的原材料和试验方法为基础，创新性引入丙烯酸羟乙酯（HEA）作为保坍组分，合成了具有抗泥-保坍功能的聚羧酸减水剂，研究了该减水剂的使用效果。结果表明，与未经改性的保坍型减水剂相比，改性减水剂显著降低了对泥土的敏感性，可保持混凝土2h坍落度不损失。1保坍抗泥型聚羧酸减水剂的制备本试验所采用减水剂合成路线：首先采用与论文《抗泥型聚羧酸减水剂的研究（I）———普通型》相同的原材料和合成工艺制备出未改性与改性抗泥聚羧酸减水剂（标记为SK0与SK1）；其次，利用丙烯酸羟乙酯（HEA）、丙烯酸（AA）和甲基烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）等主要原材料，采用相同合成工艺制备基础分散剂，并采用β-环糊精马来酸单酯（β-CD-MAH）和磷酸类功能单体（PFM）对其进行抗泥改性，未改性的基础分散剂标记为BT0，抗泥改性后标记为BT1；最后将SK1与基础分散剂系列按照1∶1复配得到保坍抗泥型聚羧酸减水剂。未改性聚羧酸减水剂SK0和改性抗泥聚羧酸减水剂SK1均为自制，组分和性能如表1所示。2试验结果与讨论2.1水泥净浆试验结果分析为考察HEA的缓释保坍作用，在相同HPEG质量占比情况下、改变HEA与AA的质量比合成BTO，并将BTO与SK1按1∶1复配，调整复配减水剂的掺量，在固定水泥净浆水灰比为0.32条件下，保证水泥净浆初始流动度为（130±3)mm，检测水泥净浆的1、2h的经时流动度。结果如表2所示。由表2可见，当AA+HEA质量占比为20%,AA∶HEA=1∶3时，水泥净浆1、2h流动度均为最高，相对其他减水剂具有明显的保坍效果。以此配合比为基础，进行以下研究工作。2.2bt00的抗泥性能把经上述研究得到的HPEG质量分数为80%、AA与HEA质量比为1∶3的基础分散剂记为BT00，再用β-环糊精马来酸单酯（β-CD-MAH）和磷酸类单体PFM对BT00进行改性，并与SK1复配，考察其对水泥净浆流动度及流动度经时损失的影响。2.2.1-cd-mah替代率对bt00分散保持性的影响由于β-CD-MAH的分子结构直径较大，在空间中具有一定的刚性，能为BT00提供较大的空间位阻，增强其分散性。因此采用β-CD-MAH替代等质量的HPEG对BT00进行抗泥改性。HPEG的β-CD-MAH替代率为1%～5%，改性后BT00与SK1以1∶1比例复配，保持水泥净浆初始流动度（130±3)mm，复配减水剂的掺量和水泥净浆1、2h流动度如图1、2所示（图中虚线为水泥净浆初始流动度）。由图1、2可见，随着β-CD-MAH替代率的增加，减水剂掺量先减后增，水泥净浆的1、2h经时流动度先增后减，这是因为β-环糊精增大了BT00的空间位阻作用，提高了BT00的分散性，但β-糊精又能与水分子作用形成氢键，使浆体内自由水减少，导致BT00的分散保持性随着β-CD-MAH替代率的进一步提高而降低。因此，当β-CD-MAH替代率为2%时，减水剂掺量最低，水泥净浆的经时流动度最佳。2.2.2磷酸类功能剂pfm替代率PFM作为强阴离子基团，可以提高BT00对水泥颗粒的吸附能力，增强其分散性。由于AA、水解后的HEA和PFM均带负电，将PFM按1∶3质量比分为两部分，分别替代AA和HEA，对BT00进行改性。PFM的替代率为1%～5%，改性后BT00与SK1以1∶1比例复配，保持水泥净浆初始流动度（130±3)mm，复配后减水剂掺量和水泥净浆1、2h流动度如图3、4所示（图中虚线为水泥净浆初始流动度）。由图3、4可见，相同初始流动度条件下，PFM替代率为2%的BT00掺量最低，随着PFM替代率的提高，1、2h流动度先增后减，这是因为磷酸基团是强阴离子基团，少量的PFM替代率，增强了减水剂分子对水泥颗粒的吸附性，使流动度提高。但PFM替代率进一步增加时，磷酸基能同时吸附多个水泥颗粒而产生絮凝结构，导致经时流动度变差。因此，当PFM替代率为2%时，水泥净浆流动度最高。2.2.3bt00对含泥水泥浆流动度的影响为进一步提高BT00的抗泥保坍性，在BT00中同时引入β-CD-MAH和PFM进行改性。改性方法为：PFM与β-CD-MAH单独改性、PFM与β-CD-MAH同时改性BT00，再与SK1以1∶1比例复配。本次试验中，不再使用水泥净浆，而是掺加水泥质量0.3%的钠基蒙脱土形成含泥水泥浆。固定水灰比为0.32，调整减水剂掺量，保持水泥浆初始流动度（130±3)mm，考察改性后的BT00对含泥水泥浆流动度的影响，结果如表3所示。由表3可见，β-CD-MAH和FPM替代率各为2%时，水泥浆1、2h流动度均高于单种官能团改性的减水剂，且减水剂掺量相差不大，这是由于β-环糊精位阻作用和磷酸基团吸附作用的协同发挥，使含泥水泥浆1、2h后仍保持流动度良好，具有明显的抗泥保坍效果。因此，最终确定双官能团改性的分散剂各组分质量比为AA∶HEA∶PFM：β-CD-MAH∶HPEG=4.5∶13.5∶2∶2∶78，将其记为保坍型抗泥分散剂BT1，进行下一步的混凝土试验。2.3抗泥保坍性、气泡稳定性分析将BT1与SK1进行复配，BT0和SK0进行复配，对比掺加上述两种复配减水剂混凝土的流动性、强度、含气量和凝结时间等性能。混凝土的配合比如表4所示，各项性能指标测试结果见表5。由表5可见，在相同掺量条件下，SK1+BT1改性复合减水剂的初始流动度和经时流动度均优于SK0+BT0复合减水剂，且混凝土的3、28d抗压强度也较高，含气量经时变化稳定，此外，凝结时间相对较短。说明SK1+BT1复合减水剂具有良好的抗泥保坍性、气泡稳定性，对混凝土的强度和凝结时间具有显著的改善效果。混凝土的抗冻试验结果如图5所示，随着冻融循环次数的增加，掺加BT0+SK0、BT1+SK1复合减水剂的混凝土相对动弹性模量逐渐降低，但掺BT1+SK1减水剂的混凝土相对动弹性模量损失速率低于BT0+SK0，具有更好的抗冻性，表明混凝土中气泡的均匀性与稳定性更好，提升了混凝土的抗冻性。3保坍型抗泥聚羧酸减水剂的合成(1）利用丙烯酸（AA）、丙烯酸羟乙酯（HEA）、甲基烯丙基聚氧乙烯醚（HPEG）、磷酸类功能单体（PFM）和β-环糊精马来酸单酯（β-CD-MAH），以过硫酸铵（APS）为氧化剂，化合物C为还原剂通过自由基共聚反应合成改性抗泥分散剂