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聚羧酸减水剂的合成与性能

来源:石家庄市海森化工有限公司_【官网】  日期:2016-11-23 08:32:08  属于:产品技术
文章摘要:介绍了聚氧乙烯基烯丙醋大单体和聚梭酸减水剂的合成,并对合成的聚梭酸减水剂进行了性能考察。考察结果表明,所合成的JH23聚梭酸减水剂符合缓凝高效减水剂的性能要求,且主要性能指标优于GB8076一1997《混凝土外加剂》标准要求介绍了聚氧乙烯基烯丙醋大单体和聚梭酸减水剂的合成,并对合成的聚梭酸减水剂进行了性能考察。考察结果表明23聚梭酸减水剂符合缓凝高效减水剂的性能要求,且主要性能指标优于GB8076一1997《混凝土外加剂》标准要求。
在众多减水剂中,聚梭酸类减水剂具有超分散性,适用范围广,其分子链中具有较多的活性基团,分子结构自由度大,高性能化潜力大,因此聚梭酸类减水剂配方是近年来国内外研究最为活跃的高性能减水剂之一。本文采用聚合度约为9、23、35的聚乙二醇分别与丙烯酸进行醋化反应制得聚氧乙烯基烯丙醋大单体。然后用自制的聚氧乙烯基烯丙酷大单体与丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠在引发剂过硫酸按引发作用下进行水溶液自由基共聚反应,得到不同侧链长度的聚竣酸减水剂配方,分别记为JHg、JH23、JH35聚竣酸减水剂。将合成的三种厂家生产聚梭酸减水剂分别掺人水泥净浆、水泥砂浆和水泥混凝土中,考察其性能。
 

1原材料与性能实验方法
1.1合成聚氧乙烯基烯丙醋大单体的原料

  丙烯酸,聚合度分别约为9、23、35的聚乙二醇,对甲苯磺酸,对苯二酚等均为市售。

1.2聚梭酸减水剂合成的原料

  丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、过硫酸按均为市售,由1.1中原料合成的聚合度分别为9、23、35的聚氧乙烯基烯丙醋大单体。

1.3聚梭酸减水剂性能试验方法及原材料

  (1)水泥净浆流动度及经时损失测定参考GB8077一2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。试验水泥为.P042.5R水泥,W/C为.029。
(2)水泥净浆凝结时间测定参考GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行。试验水泥为.PO4.25R水泥。
(3)减水剂在砂浆中的减水率和砂浆强度测定参考GB8077一2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》及GB汀17671一1999《水泥胶砂强度检验方法(I50)法》标准进行。采用P.O4.25R水泥及细度模数为3.4的机制砂。
(4)减水剂在混凝土中的减水率、混凝土硬化强度测定参考GB8076一1997《混凝土外加剂》标准,测定坍落度在80土0mm下混凝土的用水量和硬化强度。原材料为.PO4.25R水泥()C、细度模数为.24的中砂()S、双级配碎石(G),试验混凝土配合比为C:S:G=l:2.20:3.52。

2聚梭酸减水剂的合成
2.1聚氧乙烯基烯丙醋大单体的合成

  在装有电动搅拌器、温度计和脂肪抽出器的三颈烧瓶中按比例加人丙烯酸、聚合度为9或23或35的聚乙二醇、阻聚剂对苯二酚和催化剂对甲苯磺酸,在80℃下进行直接醋化反应一定时间得到聚氧乙烯基烯丙醋大单体。由聚合度为9的聚乙二醇醋化得到聚氧乙烯基烯丙酩大单体的最佳反应条件为:丙烯酸1.5mol、聚乙二醇1.0mol、对甲苯磺酸和对苯二酚用量分别为聚乙二醇质量的1.0%和.04%,反应时间4;h由聚合度为23、35的聚乙二醇醋化得到聚氧乙烯基烯丙基大单体的最佳反应条件为:丙烯酸.50mof,反应时间sh,其它同聚合度为9的聚乙二醇酷化条件。合成得到的聚合度分别约为9、23、35的聚氧乙烯基烯丙酷大单体供聚梭酸减水剂合成用。

2.2聚梭酸减水剂合成

  将各反应物配制成20%浓度的水溶液,在装有温度计、搅拌器、回流冷凝装置及滴加装置的三颈烧瓶中依次加人甲基丙烯磺酸钠(MA)S、丙烯酸(AA)、聚合度为9或23或35的自制聚氧乙烯基烯丙醋大单体(PA)、过硫酸钱等的水溶液,在70~75℃下进行反应约4h,得到黄色或棕红色的聚梭酸减水剂水溶液,冷却至室温后用浓度为20%的NaOH水溶液调节pH值至7一8。JHg和JH23聚梭酸减水剂合成配方为MAS:AA:PA=l.5:5.0:l.25,JH35聚梭酸减水剂合成配方为:MAS:AA:PA=1.0:5.0:1.0,引发剂过硫酸铰用量为单体总质量的15%。

3聚梭酸减水剂性能
3.1减水剂在水泥净浆中的性能
3.1.1减水剂对水泥净浆初始流动度及流动度经时损失的影响

  减水剂对水泥颗粒的分散作用与其分子结构及形态有关,水泥净浆的流动度经时损失主要与水泥粒子表面减水剂分子吸附层的立体斥力有关。对于该聚梭酸减水剂,水泥净浆分散性保持的机理还在于减水剂分子中聚醚侧链以醋键的形式与主链连接,在碱性环境中发生分解,缓慢释放梭基,二次补充作用于水泥粒子间的静电斥力,使水泥净浆流动度的损失得到有效控制。
  JHg、JH23、JH35聚梭酸减水剂的侧链长度不同,空间位阻效应不同,对水泥净浆分散性及分散保持性也就不同。图l为JHg、JH23、JH35聚梭酸减水剂在不同掺量时对水泥净浆初始流动度的影响。由该图可知,不同侧链长度的聚梭酸减水剂在各掺量下对水泥净浆初始流动度影响相差不大。


图2为JHg、JH23、JH35聚梭酸减水剂对水泥净浆流动度经时损失的影响,减水剂掺量为水泥质量的.05%。由该图可知,JH23、JH35聚梭酸减水剂掺人水泥净浆中经时损失小,尤以JH23聚梭酸减水剂为佳,而JHg掺人水泥净浆中经时损失大。可见侧链较长的聚梭酸减水剂对水泥净浆的流动度保持有利,这是因为多梭酸系共聚物为梳形柔性吸附,其疏水基团吸附在水泥颗粒表面,聚醚侧链向外伸展,侧链较长的聚梭酸减水剂空间位阻比侧链较短的聚梭酸减水剂空间位阻大,同时因为聚梭酸减水剂中侧链以醋键的形式与主链连接,在碱性环境中发生缓慢分解而释放梭基,侧链较长的聚梭酸减水剂梭基释放时间相对较长,从而使流动度经时损失小,有利于流动度保持。

3.1.2减水剂对水泥净浆凝结时间的影响

  表1是JHg、JH23、JH35三种自制聚梭酸减水剂掺量分别为水泥质量的.05%时,在相同稠度下所测得的水泥净浆凝结时间从该表可知,自制的三种聚梭酸减水剂对水泥净浆均有一定的缓凝效果,其原因是减水剂中醋基与CaZ十作用形成了络合离子,降低了水泥净浆中钙离子浓度,延迟了Ca(OH)2结晶,减缓了C一S一H凝胶的形成,从而延缓了水泥水化,使凝结时间延长.

3.2减水剂在水泥砂浆中的性能

  在水泥砂浆中分别掺人三种聚梭酸减水剂,掺量为水泥质量的0.8%,在相同砂浆扩展度(扩展度为180士5mm)的情况下,测得砂浆减水率和强度见表2。从表2可知,三种聚梭酸减水剂在砂浆中的减水率都较大,且三种减水剂的减水率相差不大。相对于基准砂浆,分别掺有三种减水剂的砂浆3d和28d强度均大幅度提高,尤以HJ23聚梭酸减水剂掺人后砂浆强度最高,其次为JH35聚梭酸减水剂。因此尽管不同长度侧链的聚梭酸减水剂在砂浆中减水率相差不大,但侧链的长短对砂浆强度有较大影响。

3.3减水剂在混凝土中的性能

  在混凝土中分别掺人三种聚梭酸减水剂,掺量为水泥质量的0.8%,保持混凝土在同一坍落度下,测定减水剂在混凝土中的减水率及混凝土的抗压强度,结果如表3所示。由表3可知,三种减水剂均有较好的减水效果,对混凝土的强度提高也较大,尤以JH23聚梭酸减水剂在混凝土中减水率和混凝土强度为最高。

3.4JH23聚梭酸减水剂综合性能指标

  表4为性能最优的JH23聚梭酸减水剂按GB8076一1997《混凝土外加剂》标准进行的主要性能检测结果。从该表可知,JH23聚梭酸减水剂性能不仅符合缓凝高效减水剂一等品的要求,而且主要性能指标大大优于标准要求。

4结论

(1)聚梭酸减水剂可由聚乙二醇和丙烯酸直接醋化反应得到的聚氧乙烯基烯丙醋大单体与丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠在引发剂过硫酸按的引发作用下,经水溶液自由基共聚反应得到。
(2)所合成的聚梭酸减水剂在水泥净浆、水泥砂浆和水泥混凝土中性能考察表明,JH23聚按酸减水剂性能最优,符合缓凝高效减水剂一等品标准的要求,并且主要性能指标大大优于标准要求。


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