余晶云
广东新华粤石化集团股份公司 广东茂名
摘 要：常温合成聚羧酸减水剂不仅可以有效降低生产能耗和成本，而且还能简化生产操作流程。聚羧酸减水剂常温制备工艺简单、操作方便，生产成本和能耗也低，本篇文章在此基础上，主要对聚羧酸减水剂常温制备工艺及性能方面进行研究和分析。
关键词：聚羧酸减水剂；常温制备；合成工艺；材料性能
一、聚羧酸减水剂常温制备工艺的实验研究
1.1工艺分析
聚羧酸减水剂是一种新型的混凝土外加剂，在水泥混凝土材料中的掺量低，但是减水率高，使用环保，因而工程效益显著，聚羧酸减水剂在自由度设计方面，能够对其进行改性，具有多种功能，改性产品包括保坍剂和早强减水剂等。对聚羧酸减水剂的常温制备工艺进行分析，能够对其技术环节进行适当的改进，一般聚羧酸减水剂合成温度在60℃~80℃之间，聚羧酸减水剂常温制备过程中的升温和调温会对生产周期造成影响，能耗和成本均会增加，在这种情况下，将聚羧酸减水剂合成用原材料和反应单体等，放置在常温的储罐中通过滴加搅拌使其充分反应，不需要再对其进行加温，直接保温6小时，然后得到成品，其分散性能高。
1.2合成材料
聚羧酸减水剂在常温制备的过程中，由于聚合反应的温度明显降低，反应速率也会同步降低，同一反应时间内，聚羧酸减水剂产物聚合度低，产品性能受影响，对此，要对聚羧酸减水剂制备材料进行分析。聚羧酸减水剂合成的实验材料包括甲基丙烯磺酸钠、丙烯酸、抗坏血酸、氢氧化钠和过硫酸铵等。其中工业级的甲基烯丙基聚氧乙烯醚的分子量为2400，合成聚羧酸减水剂，是将一定量的去离子水和甲基烯丙基聚氧乙烯醚加入到容量为500ml的烧瓶中，调制氢氧化钠的ph值在7.0左右，氢氧化钠质量分数为40%。获得试样后，调制去离子水固含量40%，整个工艺流程不需要进行加热处理，控制聚合体系的温度在25℃。
1.3性能测试
对聚羧酸减水剂的常温制备工艺进行研究，能够及时发现减水剂合成中的技术问题，改进合成方案，控制产品的生产能耗以及制备成本等。在实验分析中，对聚羧酸减水剂常温制备的性能进行测试，水泥净浆流动度要根据《混凝土外加剂匀质性实验方法》标准，测定聚羧酸减水剂合成样品初始的净浆流动度是否固掺量0.13%、水灰比0.29。对于聚羧酸减水剂水泥净浆流动度较大的，还要对其1h保坍效果、扩展度和初始坍落度进行测定，其中细骨料为河沙，细度模数1.1，粗骨料为碎石，连续级配为5~10mm和10~20mm，粉煤灰样品固含量配成8%，应用红外光谱测定聚羧酸减水剂中含有的官能团。
二、聚羧酸减水剂性能分析
2.1合成温度对聚羧酸减水剂性能的影响
在对聚羧酸减水剂合成工艺进行研究分析中发现，聚羧酸减水剂常温制备的水泥净浆流动度受聚羧酸减水剂合成温度的影响。根据合成实验，在其他因素不变的情况下，聚羧酸减水剂合成温度升高，水泥净浆流动度也在明显的增加，聚羧酸减水剂对于水泥混凝土的颗粒分散能力增强。但是在聚羧酸减水剂合成温度较低的情况下，引发剂引发率显著降低，总反应速率也受到影响明显降低，同时降低了聚羧酸减水剂聚合物聚合度，聚羧酸减水剂分散性降低。根据实验分析发现，聚羧酸减水剂的合成温度在20~40℃时聚合物分散能力无明显变化，温度在40~60℃时水泥净浆流动度增加，且引发剂引发效果最佳是在60℃，其引发作用受温度降低影响，水泥净浆流动度减弱。
2.2引发剂用量对聚羧酸减水剂性能的影响
聚羧酸减水剂常温制备的实验分析中发现，引发剂用量不同，水泥净浆流动度受到的影响也不同。在20℃对聚羧酸减水剂制备氧化剂的用量进行调整，在40℃对聚羧酸减水剂制备还原剂的用量进行调整，但是氧化剂和还原剂的摩尔比一致，不改变其他的合成条件，对制备的聚羧酸减水剂试样进行水泥净浆流动度测试。增加引发剂用量，水泥净浆流动度也随之增加，20℃以下的聚羧酸减水剂，PC5初始水泥净浆流动度值达到最大，其中PC1、PC2的水泥净浆流动度增长速度快，一小时内损失小，PC4、PC5水泥净浆流动度在经过一小时后出现流化现象。聚羧酸减水剂在40℃以下条件下的合成，PC5水泥净浆流动度初始值达到最大。
2.3合成浓度对聚羧酸减水剂性能的影响
保持合成体系原料比例和其他合成工艺参数不变，调整合成聚羧酸减水剂的浓度，分析合成浓度对聚羧酸减水剂性能的影响，试验结果如图1所示。
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图 1合成浓度对减水剂的性能的影响
试验结果表明，合成浓度对聚羧酸减水剂的性能有较大的影响。合成浓度过低，反应过程中放出热量减少；同时起始反应温度比较低时，反应结束后温度也相对低，有可能会影响到单体转换率，从而影响减水剂性能。合成浓度过高，使得整个反应体系过于黏稠，影响丙烯酸等不饱和单体、引发剂、分子量调节剂等材料的分散，使得减水剂的分子结构不一致，减水剂性能会受到影响，所以选择合理的合成浓度很重要，从试验结果来看，合成浓度为 45%时，聚羧酸减水剂性能较好。
2.4聚合反应初始温度对聚羧酸减水剂性能的影响
保持合成的原料比例和其他合成工艺参数不变，分析合成的起始温度对聚羧酸减水剂性能的影响，试验结果如图2 所示。
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图 2反应初始温度对减水剂性能的影响
试验结果表明，本研究的氧化还原体引发体系在5℃的条件下就能够引发，但是反应结束后，反应体系温度偏低，使得单体的转换率也低，从而影响减水剂性能。随着初始反应温度升高，反应结束后，反应体系温度高，单体转换率也提高，减水剂性能提升。反应温度在15℃~25℃范围内，减水剂性能都比较接近。在南方气温条件下，在单体投料溶解完成后，整个底料的温度基本也在15℃~25℃范围内，因此本文研究的雕白锌/双氧水低温引发体系能很好地切合生产条件，省去了生产过程中的加热环节，即节约了成本，又缩短了生产周期。
2.5混凝土减水率试验
采用本试验所研究常温合成工艺制备的聚羧酸减水剂（GMA）进行混凝土减水率测试，结果如图3所示，混凝土配合比为C:S:G=1:1.85:3.37。
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图3 减水剂掺量对混凝土减水率的影响
试验结果表明，本试验常温制备的聚羧酸减水剂具有掺量低，减水率高的特点。该减水剂在固体掺量低于0.2%时，减水率增加比较明显；随着固体掺量的增加，减水率继续增加，但增加的幅度减缓；当固体掺量增加到0.3%以后，减水率的增加就很缓慢；固体掺量增加到0.4%时，减水率也不见明显提高。因此，本试验制备的聚羧酸减水剂的固体饱和掺量为水泥质量的0.4%。
三、结束语
减水剂在混凝土材料中的应用较为普遍，这主要是因为不同类型的工程项目在施工建设中的质量要求不同，添加适当的减水剂到混凝土材料中，能够调和水泥混凝土的性能，优化其施工效果，提高项目质量。现代建筑业发展中，聚羧酸减水剂的单体合成技术发展较快，新技术和新材料的应用，促使聚羧酸减水剂常温制备工艺得到进步，在这种情况下，生产厂家不断研究降低聚羧酸减水剂合成成本的方法，对此，要重点从聚羧酸减水剂常温制备工艺流程、技术方法、材料内容和质量要求等方面入手。多元共聚的方法在聚羧酸减水剂常温制备中的应用效果突出，在聚羧酸减水剂分子结构中引入聚氧乙烯基、羧基等，功能性官能团增加，保证了醚类聚羧酸减水剂具有较好的减水率、分散性以及保坍性等，且这种合成方法不需要对聚羧酸减水剂进行加热处理，生产能耗明显降低，节约成本和节能减排效用突出，符合建筑发展的绿色发展要求。
参考文献
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