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常温制备聚羧酸减水剂工艺及性能研究
2015-09-29 17:55:45   来源:   评论:0 点击:

一、引言聚羧酸减水剂作为新一代混凝土外加剂,有着掺量低,减水率高,环保等优点。由于其设计自由度大的特点,可对它进行改性得到多重功能的产品,如早强减水剂、保坍剂等。通常,聚羧酸减水剂的合成温度为50--70°
 一、引言聚羧酸减水剂作为新一代混凝土外加剂,有着掺量低,减水率高,环保等优点。由于其设计自由度大的特点,可对它进行改性得到多重功能的产品,如早强减水剂、保坍剂等。通常,聚羧酸减水剂的合成温度为50--70°C。在此温度下进行生产,由于升、调温不仅造成生产周期延长,而且增加了生产能耗,提高生产成本,故常温制备聚羧酸减水剂成为一种新型合成工艺。采用APS-抗坏血酸(Vc)氧化还原引发体系,以TPEG、AA和SMAS为单体,巯基乙酸(TGA)为链转移剂,在常温条件下合成聚酸减水剂,系统的研究了常温条件下的合成工艺。通过正交试验和水泥净浆流动度确定各因素对减水剂分散性能的影响,并确定了最佳配比;随后考察了单因素对聚羧酸减水剂分散性能的影响;然后将常温工艺合成分散性能最佳的减水剂做混凝土性能试验,以商品聚羧酸减水剂(PC)做为基准,验证并比较新型工艺下减水剂的性能。最后将SPC做红外光谱分析,确定所含有的官能团。
二、实验1.实验材料丙烯酸(齐鲁开泰)、甲基丙烯磺酸钠(寿光松川)、巯基乙酸(上海索凯)、抗坏血酸(东北制药)、过硫酸铵(APS)、氢氧化钠(NaOH)均为分析纯;甲基烯丙基聚氧乙烯醚(TPEG,山东博克);PO42.5水泥,洛阳中联。2.样品的合成选择AA、SMAS、TGA、Vc和APS与TPEG的摩尔比作为正交试验设计的5个实验因素,每个实验因素各选择四个水平,设计正交试验。聚羧酸减水剂的合成方法为:向500mL四口烧瓶中加入一定量的去离子水、TPEG,用蠕动泵将AA,SMAS,TGA,VC和APS全部泵入四口烧瓶中。用质量分数为40%的氢氧化钠调pH至7左右。得到的试样加去离子水调至固含量为40%待用。此工艺无需加热,聚合体系温度为25°C。3.性能测试(1)水泥净浆流动度按照《混凝土外加剂匀质性实验方法》中的水泥净浆流动度测试方法测定所制样品初始净浆流动度。其中水灰比为0.29,减水剂固掺量为0.18%(2)混凝土性能试验将水泥净浆流动度较大的减水剂做混凝土性能试验,测定其初始坍落度、扩展度及lh保坍效果。其中细骨料为细度模数1.1的河砂,粗骨料为5~10mm和10~20mm的连续级配碎石,华阳电厂II级粉煤灰,将SPC配成固含量为8%的样品,参照GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行C30混凝土性能测试。(3)红外光谱分析将SPC作为红外光谱测定的试样,实验使用的是Nicolet iS10型傅立叶红外光谱分析仪。分析聚羧酸减水剂中所含有的官能团。
三、结果及分析1.正交试验分析和水泥净浆流动度测定将合成的聚羧酸减水剂样品掺入瑞丰水泥,作水泥净浆流动度实验,共计16组。可得以下结论:常温工艺合成的聚羧酸减水在较低的掺量下可得到较大的净浆扩展度(通常净浆流动度实验减水剂的固掺量为0.18%)。5个因素对水泥净衆初始流动度的影响从大到小依次n (AA):n(TPEG)>n(TGA):n(TPEG)>n(Vc):n(TPEG)>n(APS):n(TPEG)>n(SMAS):n(TPEG)分析均值1,2,3,4的大小可得出最佳配比,即:n(AA): n(SMAS): n(TGA): n(Vc): n(APS)=4.1:0.3:0.18:0.01:0.24。2.不同因素对聚羧酸减水剂分散能力的影响(1)AA用量对聚截酸减水剂分散能力的影响其他条件不变,n(SMAS):n(TGA):n(Vc):n(APS)=0.3:0.18:0.01:0.24,水泥净浆流动度随AA用量的变化规律。随着AA用量的增加,水泥净浆初始流动度呈单峰值变化趋势,当n(AA):n(TPEG)=4.1时,水泥泥净浆初始流动度达到最大值。出现上述现象的原因可能是:当AA用量较小时,高分子聚合物主链基数量较少,使得锚固基团较少,其吸附在水泥颗粒上的量较少,分散能力受限,所以流动度较小;当AA用量超过最佳值后,主链上依靠静电斥力分散的羧基数量相对较多,而依靠空间位阻效应的长侧链较少,聚羧酸减水剂分散作用主要依靠空间位阻作用,故分散性能下降,致使流动度降低。(2)SMAS用量对聚羧酸减水剂分散能力的影响其他条件不变,n(AA):n(TGA):n(Vc):n(APS)=4.1:0.18:0.01:0.24,水泥净浆流动度随SMAS用量的变化规律。可得,随着SMAS用量的增加,水泥净浆初始流动度呈先上再急剧下降的变化规律。原因是:SMAS用量过少,在聚合物主链上引入的磺酸基数量较少,随着磺酸基数量的增加,其对水泥浆体分散能力增强,故在n(SMAS):n(TPEG)=0.3时出现最大流动度。但随着SMAS用量的增加,SMAS不仅会引入磺酸基,而且还起到链转移作用,,使聚合物的分子量降低,影响了聚合物的分散作用。(3)TGA用量对聚羧酸减水剂分散能力影响其他条件不变,n(AA):n(SMAS):n(Vc):n(APS)=4.1:0.3:0.01:0.24,水泥净浆流动度随TGA用量的变化规律。可得随着TGA用量的增加,水泥净浆初始流动度呈先上升再下降的变化规律。最佳TGA用量为n(TGA;):n(TPEG)=0.18。原因是:TGA作为链转移剂,可通过用量调节聚合物分子量。聚羧酸减水剂的最佳分子量为3.5~10万。当TGA用量过多或过少时,聚羧酸减水剂的分子量不在最佳区间内,致使分散作用下降。(4)Vc用量对聚羧酸减水剂分散能力的影响其他条件不变,n(AA):n(SMAS):n(TGA):n(APS)=4.1:.3:0.18:0.24,水泥净浆流动度随Vc用量的变化规律。可得随着Vc用量的增加,水泥净浆初始流动度呈先上升再迅速下降的变化规律。最佳Vc用量为n(Vc):n(TPEG)=0.01出现上述的原因为:Vc做为氧化-还原引发体系中的还原剂,起到降低引发活化能的作用。当Vc用量过少时,所降低的活化能很小,生成的聚合物分子量不在最佳区间内;而其用量过大时,Vc会将引发剂的自由基还原,使之失去活性而降低引发性能。故Vc用量为n(Vc):n(TPEG)=0.01最为适宜。(5) APS用量对聚羧酸减水剂分散能力的影响其他条件不变,n(AA):n(SMAS):n(TGA):n(Vc)=4.1:0.3:0.18:0.01:0.24,水泥净浆流动度随APS用量的变化规律。可得随着APS用量增加,水泥净浆初始流动度呈先缓慢上升再下降的变化规律。最佳APS用量为n(APS):n(TPEG)=0.24。出现上述的原因为:APS作为反应的引发剂,当用量过少时,引发作用较弱,导致反应速率降低;当其用量过大时,短时间自由基数量过大,聚合物主链上支链增多,多分散性下降,有时甚至会发生爆聚的现象。故最佳APS用量为n(APS):n(TPEG)=0.24。3.混凝土性能试验将常温条件下合成最优的减水剂做混凝土性能试验集料、混凝土配合比及减水剂惨量相同条件下,考察两种减水剂对混凝土分散保持性能及抗压强度的影响。通过混凝土性能试验确定常温条件下合成的聚羧酸减水剂的分散性能优秀,可应用于生产实践。
四、结论实验采用常温合成工艺,通过正交试验和水泥净浆流动测试可得5个因素对聚合物分散性的影响,从大到小排列为:n (AA):n(TPEG)> n(TGA):n(TPEG)> n(Vc):n(TPEG)>n(APS):n(TPEG)> n(SMAS):n(TPEG);分析正交试验数据还以得出最佳配比,即n(AA):n(SMAS):n(TGA):n(Vc):n(APS)=4.1:0.3:0.18:0.01:0.24

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