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低能耗高保坍型聚羧酸系减水剂的合成及性能

唐修生 郑凌月 陈健

唐修生, 郑凌月, 陈健. 低能耗高保坍型聚羧酸系减水剂的合成及性能[J]. 水利水运工程学报, 2017, (2): 38-44. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.005
引用本文: 唐修生, 郑凌月, 陈健. 低能耗高保坍型聚羧酸系减水剂的合成及性能[J]. 水利水运工程学报, 2017, (2): 38-44. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.005
TANG Xiusheng, ZHENG Lingyue, CHEN Jian. Synthesis and properties of low-energy consumption and high slump retaining type of polycarboxylate superplasticizer[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017, (2): 38-44. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.005
Citation: TANG Xiusheng, ZHENG Lingyue, CHEN Jian. Synthesis and properties of low-energy consumption and high slump retaining type of polycarboxylate superplasticizer[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017, (2): 38-44. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.005

低能耗高保坍型聚羧酸系减水剂的合成及性能

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.005
详细信息
    作者简介:

    唐修生(1976—),男,湖南衡阳人,教授级高级工程师,博士,主要从事混凝土外加剂及耐久性研究。E-mail: xstang@nhri.cn

  • 中图分类号: TU528.042

Synthesis and properties of low-energy consumption and high slump retaining type of polycarboxylate superplasticizer

  • 摘要: 合成工艺的低能耗是减水剂绿色制备的一个重要发展方向,研制高保坍型聚羧酸系减水剂解决现代混凝土施工中面临的坍落度损失控制难题具有重要实践意义。采用复合氧化-还原体系,在20 ℃条件下,以异戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸为共聚单体,一步法合成了高保坍型聚羧酸系减水剂。通过单因素试验和正交试验研究了丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、链转移剂、还原剂、氧化剂用量对聚合物分散性和保坍性的影响规律,得到了最佳合成工艺为:丙烯酸丁酯与丙烯酸羟乙酯等摩尔取代丙烯酸的用量为30%,链转移剂用量为0.25%,还原剂用量为0.22%,氧化剂用量为0.30%(占聚醚大单体质量),反应时间为4 h。与国外同类产品相比,按最佳合成工艺参数制备的保坍剂具有显著的小坍度保持能力和较低的掺量敏感性,特别适用于小坍落度高保坍要求的混凝土施工。
  • 图  1  聚合物分子结构式

    Figure  1.  Molecular structure of copolymer

    图  2  不同经时水泥净浆流动度与因素水平关系

    Figure  2.  Relationships among cement paste fluidity of different hydration time, factors and levels

    表  1  酸醚摩尔比对减水剂分散性能和保坍性能的影响

    Table  1.   Effects of mole ratio of acid to ether on dispersion ability and slump retaining ability of superplasticizer

    编号 $n\left( {\frac{{{\rm{AA}}}}{{{\rm{TPEG}}}}} \right) $ 净浆流动度/mm
    基准水泥 鹤林水泥
    SL0 SL1h SL0 SL1h
    1 3.0 180 110 175 150
    2 3.5 210 120 195 162
    3 4.0 215 110 196 155
    4 4.5 190 95 180 130
    注:W/B为0.29;减水剂固体掺量为0.20%。
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    表  2  聚合温度对减水剂分散性能和保坍性能的影响

    Table  2.   Effect of polymerization temperature on dispersion ability and slump retaining ability of superplasticizer

    编号 $n\left( {\frac{{{\rm{AA}}}}{{{\rm{TPEG}}}}} \right) $ 净浆流动度/mm
    基准水泥 鹤林水泥
    SL0 SL1h SL0 SL1h
    1 10 242 111 225 149
    2 20 210 120 195 162
    3 30 215 118 192 163
    注:W/B为0.29;减水剂固体掺量为0.20%。
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    表  3  合成工艺参数与水泥净浆流动度试验结果

    Table  3.   Synthesis parameters and results of cement paste fluidity tests

    编号 合成工艺参数 净浆流动度/mm
    AA 不饱和酸酯 基准水泥 鹤林水泥
    SL0 SL1h SL2h SL0 SL1h SL2h
    1 3.50 0 210 120 - 195 162 85
    2 3.15 0.35 214 150 82 198 185 100
    3 2.80 0.70 218 154 119 206 200 150
    4 2.45 1.05 248 245 177 207 248 228
    5 2.10 1.40 105 141 90 156 255 265
    6 1.75 1.75 - 100 70 112 232 257
    注:合成工艺参数中原料比均为摩尔比,聚醚大单体TPEG为1;合成温度为20 ℃;W/B为0.29;减水剂固体掺量为0.20%;“-”表示无净浆流动度。
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    表  4  正交试验因素水平

    Table  4.   Factors and levels of orthogonal tests

    水平 因素
    A B C
    1 0.13 0.25 0.20
    2 0.16 0.30 0.25
    3 0.19 0.35 0.30
    4 0.22 0.40 0.35
    注:A, B, C为聚醚大单体的质量百分比。
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    表  5  净浆流动度试验结果

    Table  5.   Results of cement paste fluidity tests

    编号 净浆流动度/mm
    鹤林水泥 海螺水泥 基准水泥
    SL0 SL1h SL2h SL3h SL0 SL1h SL2h SL3h SL0 SL1h SL2h SL3h
    1 222 240 229 151 85 106 90 70 155 201 188 140
    2 270 278 265 235 85 118 117 77 158 212 207 181
    3 70 165 135 75 68 65 65 65 80 85 72 65
    4 95 195 182 140 68 65 65 65 78 99 75 65
    5 163 221 208 168 70 65 65 65 95 118 77 65
    6 147 200 197 149 67 65 65 65 90 128 77 65
    7 185 244 235 200 70 65 65 65 85 115 75 65
    8 108 158 139 77 67 65 65 65 80 75 65 65
    9 166 218 215 135 68 65 65 65 80 79 65 65
    10 157 222 216 140 67 65 65 65 80 82 65 65
    11 140 215 227 164 66 65 65 65 78 75 65 65
    12 177 250 251 205 70 65 65 65 88 100 75 65
    13 85 175 165 110 66 65 65 65 85 88 65 65
    14 215 255 242 212 70 65 65 65 89 104 76 65
    15 216 265 246 223 86 102 88 70 150 192 177 130
    16 240 288 275 258 87 119 117 79 158 202 190 150
    注:W/B为0.29,减水剂固体掺量0.20%。
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    表  6  不同经时的水泥净浆流动度测试结果

    Table  6.   Results of cement paste fluidity of different hydration time tests

    编号 保坍剂 固体掺量/% SL0 SL1h SL2h SL3h
    1 BTA 0.10 80 129 127 112
    2 SRA 60 75 70 70
    3 BTA 0.15 90 168 171 154
    4 SRA 70 104 105 110
    5 BTA 0.10 154 135 141 114
    6 SRA 60 70 65 65
    7 BTA 0.15 182 198 203 185
    8 SRA 92 133 145 141
    注:W/B为0.29;编号1~4组采用海螺水泥,5~8组采用鹤林水泥。
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    表  7  混凝土拌合物性能比较结果

    Table  7.   Comparison results of concrete mixture properties

    编号 配合比/(kg·m-3) W/B 保坍剂 坍落度/mm
    水泥 碎石/mm SL0 SL1h SL2h SL3h
    10~20 5~10
    1 360 785 651 434 150 0.417 BAT 110 55 38
    2 SRA 40 35 35 25
    3 500 750 746 324 150 0.30 BAT 85 40 20
    4 SRA 45 45 48 30
    注:编号1~2组采用海螺水泥,3~4组采用鹤林水泥。
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-01
  • 刊出日期:  2017-04-01

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