系高效混凝土減水劑，是20世紀(jì)由日本首先開發(fā)應(yīng)用，并于90代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，是可以提高混凝土強(qiáng)度; 或在保持強(qiáng)度不變時(shí)減少水泥用量，節(jié)約水泥，降低成本?，F(xiàn)在已成為建筑施工中廣泛應(yīng)用的一種新型混凝土外加劑。與其他高效減水劑相比，減水劑表現(xiàn)出一系列更為優(yōu)異的性能，主要表現(xiàn)在：摻量低，分散性高。其減水率高達(dá)30%以上，很小的摻量(0.1%~0.2%)就可以賦予混凝土較高的流動(dòng)性。減水劑和其他高效減水劑相比，具有以下幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)保坍性好，90min內(nèi)坍落度基本不損失;(2)在相同流動(dòng)性情況下，對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間影響較小，可很好地解決減水、引氣、緩凝、泌水等問題;(3)與水泥相容性很好;(4)合成高分子主鏈的原料來源較廣，單體通常有：丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸羥乙酯、乙酸乙烯酯、甲基丙基磺酸鈉等;(5)使用類減水劑，可用更多的礦渣或粉煤灰取代水泥，從而能使成本降低;(6)分子結(jié)構(gòu)上自由度大，外加劑制造技術(shù)上可控制的參數(shù)多，高性能化的潛力大;(7)聚合途徑多樣化，如共聚、接枝、嵌段等。合成工藝比較簡(jiǎn)單，由于不使用甲醛，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

　　減水劑的合成一般先酯化合成大分子單體聚乙醇單丙烯酸酯，然后再與其他含有活性基團(tuán)的單體共聚，目前國(guó)內(nèi)基本都是沿著這條思路進(jìn)行的。本文采用上述方法合成出一種減水劑SP-1，另采用后酯法合成另一種減水劑HZC，即先聚合生成具有一定分子量的聚合物，然后采用酯化反應(yīng)在側(cè)鏈上引入其它具有一定功能的官能團(tuán)，并對(duì)這兩種產(chǎn)物進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

　　1 減水劑的分子設(shè)計(jì)

　　減水劑的分子結(jié)構(gòu)呈梳型分布，主鏈上帶有多個(gè)活性基團(tuán)，極性較強(qiáng)，側(cè)鏈帶有親水性的聚醚段，并且鏈較長(zhǎng)，數(shù)量多，疏水基的分子鏈段較短。減水劑的一大特點(diǎn)就是可以通過對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本次合成的SP-1及HZC減水劑采用類似的分子結(jié)構(gòu)，在基團(tuán)比等方面有所不同：

　　2 減水劑的合成

　　2.1 原材料

　　丙烯酸(AR)：分析純，成都市科龍化工試劑廠。

　　甲基丙烯酸：化學(xué)純，蘇州工業(yè)園區(qū)正興化工研究院。

　　聚乙醇單甲醚(MPEG)：聚合度為23，10，上海臺(tái)界化工有限公司。

　　甲基丙基磺酸鈉(MAS)：99.5%，山東淄博澳納斯化工有限公司

　　過硫酸銨：分析純，上海愛建試劑有限公司生產(chǎn)。亞硫酸氧鈉：浙江省溫州東升化工試劑廠。

　　對(duì)甲苯磺酸：上海山浦化工有限公司。

　　助劑：自制。

　　2.2 SP-1的合成

　　在裝有攪拌器的三頸瓶中加入了聚乙二醇單甲醚、對(duì)甲苯磺酸、丙烯酸、甲基丙烯酸和助劑，在120℃下反應(yīng)5~8h，得到大單體反應(yīng)產(chǎn)物。

　　在裝有攪拌器和冷凝管的三頸瓶中加入MAS、水及一部分過硫酸銨，升溫至80℃滴加大單體、丙烯酸、甲基丙烯酸、亞硫酸氧鈉和剩余的過硫酸銨混合溶液，反應(yīng)4~8h后得到黃色產(chǎn)物，加入NaOH使溶液中和至中性。

　　2.3 HZC的合成

　　在裝有攪拌器和冷凝管的三頸瓶中加入MAS、水以及一部分過硫酸銨，攪拌并升溫至85℃，緩慢滴加AA、亞硫酸氫鈉和剩余的過硫酸銨混合物，反應(yīng)8~12h，得到淺黃色液體。

　　使液體冷卻至50℃，減壓蒸餾除去多余的水，加入聚乙二醇單甲醚和助劑，在95℃下回流反應(yīng)6~12h，得到紅色產(chǎn)物，加入水使固含量在20%，再加入NaOH調(diào)節(jié)PH至中性。

　　3 性能試驗(yàn)

　　3.1 原材料

　　水泥：P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，重慶水泥廠。

　　水泥：P.O42.5R普通硅酸鹽水泥，重慶地維水泥廠。細(xì)集料：中砂，岳陽砂。

　　粗集料：碎石5~25mm。

　　萘系減水劑：FDN，重慶三圣。

　　減水劑：德國(guó)巴斯夫巴斯夫，本文中代號(hào)PC。

　　3.2 水凈漿流動(dòng)性及保持性試驗(yàn)

　　水泥凈漿流動(dòng)性測(cè)定按《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》(GB/T8077-2000)進(jìn)行，其中水泥質(zhì)量為300g，W/C=0.29。

　　3.3 混凝土性能試驗(yàn)

　　參考《混凝土外加劑》(GB 8076-1997)對(duì)混凝土進(jìn)行減水率、坍落度保持性和不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度比的試驗(yàn)。

　　4 結(jié)果與討論

　　4. 1 凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

　　采用重慶水泥廠P.O4 2.5R水泥，減水劑在不同摻量情況下水泥凈漿流動(dòng)度的試驗(yàn)結(jié)果。可以看出，相對(duì)于FDN，減水劑均具有較好的分散性能，特別是PC和自制的SP-1，在較低摻量下(0.1%)就有了較好的分散效果，而HZC 在摻量為0.4%時(shí)，水泥凈漿流動(dòng)度也達(dá)到255mm?？梢钥闯?，SP-1和PC的分散性能基本接近。萘系減水劑FDN的吸附是平直吸附，分子呈棒狀鏈;而減水劑呈梳形分布，分子結(jié)構(gòu)的不同造成兩種減水劑在減水機(jī)理上有所區(qū)別。萘系減水劑主要是靜電斥力效應(yīng)，而摻有減水劑的水泥顆粒的Zeta負(fù)電位降低較小，即靜電斥力較小，但是由于其主鏈與水泥顆粒表面相連，枝鏈則延伸進(jìn)入液相形成較厚的聚合物分子吸咐層，從而具有較大的空間位阻斥力作用，在摻量較小的情況下便對(duì)水泥顆粒具有顯著的分散作用。

　　采用重慶水泥廠P.O4 2.5R水泥，減水劑在一定摻量下水泥凈漿流動(dòng)度與時(shí)間的關(guān)系曲線，其中SP-1和PC的摻量均為0.2%，HZC摻量為0.4%，F(xiàn)DN的摻量為0.8%?？梢钥闯觯瑴p水劑具有更好的保持性能，其中自制的SP-1和德國(guó)巴斯夫的PC更優(yōu)于HZC。從曲線上可以看出，自制的HZC 依然具有較好的分散保持性能，而FDN雖然也具有較好的分散性能，但水泥凈漿流動(dòng)度隨時(shí)間的增加逐漸減小，并且曲線衰減比較明顯。這是因?yàn)榕cFDN不同，具有長(zhǎng)側(cè)鏈的聚醚在堿性環(huán)境下逐漸水解，釋放出具有減水作用的功能團(tuán)，二次補(bǔ)充作用于水泥粒子間的靜電斥力，從而繼續(xù)保持水泥凈漿的高流動(dòng)性。

　　4. 2 混凝土減水率試驗(yàn)結(jié)果分析

　　試驗(yàn)采用重慶地維水泥廠的P.O42.5R水泥和重慶水泥廠的P.O42.5R水泥，分別摻加四種不同的減水劑，按照標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》(GB8076-1997)中規(guī)定的方法配制出相同坍落度的混凝土，并按標(biāo)準(zhǔn)中的方法進(jìn)行計(jì)算得出相應(yīng)的減水率。

　　可以看出，在較小摻量時(shí)，SP-1、PC和HZC都具有較高的減水率，SP-1 和PC在摻量為0.2% 時(shí)，減水率分別為30.7~32.9%和29.7~32.5%，而HZC在摻量為0.4%時(shí)，減水率也達(dá)到24.2~24.8%。

　　4. 3 混凝土坍落度保持性試驗(yàn)結(jié)果分析

　　摻不同的減水劑在兩種水泥中的試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯?，PC在1h時(shí)混凝土坍落度保持率為93.2~95.3%，SP-1在1h時(shí)坍落度保持率在82.6%～84.4%間，HZC在1h時(shí)坍落度保持率在86.4 %～88.6%間，明顯高于FDN(62.8 %～54.5%)，說明減水劑對(duì)混凝土坍落度保持性效果優(yōu)于萘系減水劑。因?yàn)檩料禍p水劑主要利用雙電層排斥效應(yīng)達(dá)到水泥顆粒的分散作用;而減水劑除了雙電層排斥效應(yīng)外，其梳形結(jié)構(gòu)也提供了空間位阻效應(yīng)，即水泥顆粒的表面被一種嵌段或接枝共聚物分散劑所穩(wěn)定，以防發(fā)生無規(guī)凝聚，同時(shí)減水劑分子中的(OH) 、(COOH) 吸附在水化物的晶核上，延緩了水泥產(chǎn)物結(jié)晶、水化硬化的速度，更有利于混凝土的保坍性。

　　4. 4 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

　　SP-1和HZC在重慶水泥廠的P.O42.5R水泥和重慶地維水泥廠的P.O42.5R水泥中均表現(xiàn)出較好的減水率。在強(qiáng)度方面，SP-1因?yàn)?d強(qiáng)度較低未采集到數(shù)據(jù)，其后期強(qiáng)度增強(qiáng) 相 當(dāng) 明 顯 ，HZC 在1d 強(qiáng) 度 比 為 133~141% ，3d 強(qiáng) 度 比 為141~151%，7d強(qiáng)度比為142~148%，28d強(qiáng)度比為139~153%。萘系的FDN在強(qiáng)度方面與減水劑的HZC和PC相比有著明顯差距。

　　4.5 改性HZC試驗(yàn)結(jié)果

　　從以上的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，相對(duì)于萘系的FDN，HZC具有較好的分散性和保持性，但相對(duì)德國(guó)巴斯夫的PC和自制的SP-1存在一定差距，對(duì)HZC引入其它成分進(jìn)行復(fù)配對(duì)改善HZC 性能有較大作用。試驗(yàn)采用摻加一定比例的其它混合物D，該混合物主要以檸檬酸鈉等外加劑為主，并加入了其它成分，復(fù)配出HZC*。引入了混合物D的HZC*在水泥凈漿流動(dòng)度的試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，引入了混合物D后，HZC*的分散性能得到了極大提高。是HZC*的減水率和強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，加入混合物D后雖然1d的強(qiáng)度比有小幅降低，但HZC*的減水率和后期的強(qiáng)度比得到了一定提高。

　　5 結(jié)論

　　(1) 通過對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用合理的單體比例，采用兩種不同的方法合成出性能優(yōu)良的減水劑。

　　(2) 水泥凈漿和混凝土試驗(yàn)結(jié)果表明，本次所合成的減水劑SP-1和HZC均具有摻量低，減水率大，混凝土強(qiáng)度增強(qiáng)效果比較明顯優(yōu)點(diǎn)。