丙烯酸系高效減水劑的合成及應(yīng)用研究進(jìn)展

1、聚丙烯酸系高效減水劑的合成及性能研究進(jìn)展聚丙烯酸系高效減水劑的合成及性能研究進(jìn)展高效減水劑是指在保持混凝土坍落度基本相同的條件下可大幅度減少拌和用水量的外加劑，其在混凝土配制中的作用主要有：(1)在不改變混凝土組分的條件下，改善混凝土工作性；(2)在給定工作條件下，減少水灰比，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性；(3)在保證混凝土澆注性能和強(qiáng)度的條件下，減少水和水泥用量，減少徐變、干縮、水泥水化熱等引起的混凝土初始缺陷的因素[1]；（4）降低工作

2、強(qiáng)度，提高了施工速度[2]；（5）減水劑的使用，擴(kuò)大了混凝土的用途，尤其是生產(chǎn)高強(qiáng)、高性能混凝土和高流動度自密實(shí)混凝土[3]。隨著科技的發(fā)展、混凝土應(yīng)用種類的增多和人們對混凝土性能要求的不斷提高，混凝土外加劑已成為現(xiàn)代混凝土不可缺少的組分[4]。當(dāng)前應(yīng)用較普遍的高效減水劑主要有如下幾類[510]：木質(zhì)素磺酸鹽減水劑(ML)、萘系減水劑(SNF)、磺化蜜胺樹脂系減水劑(SMF)、氨基磺酸鹽系減水劑(ASP)及聚羧酸系減水劑(PC)。以上減

3、水劑分子結(jié)構(gòu)分別見圖15，其中聚羧酸系減水劑的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所選聚合單體的種類有關(guān)[1113]〕。由于具有梳形分子結(jié)構(gòu)的聚羧酸系高效減水劑減水率高、保坍性能好、摻量低、無污染、緩凝時間少、成本較低適宜配制高強(qiáng)超高強(qiáng)混凝土、高流動性及自密實(shí)混凝土因而成為國內(nèi)外混凝土外加劑研究開發(fā)的熱點(diǎn)[1415]。聚羧酸系高效減水劑是一類含羧基(COOH)的高分子表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)呈梳形，主鏈系由含羧基的活性單體聚合而成，側(cè)鏈系則通過含功能性官能團(tuán)的

4、活性單體與主鏈接枝共聚得到。根據(jù)主鏈上設(shè)計的大單體(在分子結(jié)構(gòu)中摩爾分?jǐn)?shù)大于50%)結(jié)構(gòu)單元的不同，一般將聚羧酸系高效減水劑分為聚丙烯酸鹽(或酯)類、聚馬來酸(酐)類、聚(甲基)丙烯酸(酯)和馬來酸共聚物類等。MeOSO3MCH2CH2CH2OHn=20~40SO3MCH2SO3MRRR圖1木質(zhì)素系減水劑圖2萘系減水劑（分子式）NNNNHCH2SO3MNHNHCH2OHCH2OH圖3氨基磺酸系減水劑圖4磺化密胺樹脂系減水劑NCH2SO3

5、NaOHCH2OHH控制。如Tshwal[19]等人把丙烯酸單體、鏈轉(zhuǎn)移劑、引發(fā)劑的混合液逐步滴加到裝有分子量為200的甲氧基聚乙二醇的水溶液，在60℃反應(yīng)45mni后，升溫到120℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下不斷除去水分，而后加入催化劑升溫到165℃，反應(yīng)1h，進(jìn)一步接枝得到成品。2.分子結(jié)構(gòu)中不同官能團(tuán)對聚丙烯酸系減水劑性能的貢獻(xiàn)[20]2.1主導(dǎo)官能團(tuán)在減水劑的分子鏈中，以下官能團(tuán)為主導(dǎo)官能團(tuán)，它們在減水劑中的作用表述如下：2.1.1羧酸基(

6、C00H)COOH的主導(dǎo)作用為緩凝、保坍，含羧酸基的減水劑能起到較好的保坍性。特別是含有酸酐的反應(yīng)性減水劑，在水泥水化產(chǎn)生的堿性條件下，酸酐能夠持續(xù)反應(yīng)，逐步釋放，具有較好的徐放性。含羧酸基的減水劑還具有適宜的引氣性。2.1.2磺酸基(S03H)S03H的主導(dǎo)作用為高效分散產(chǎn)生高減水率，此類減水劑因形成分子間氫鍵而產(chǎn)生減水作用并易溶于水，因此分子鏈中含有磺酸基的減水劑可提高水泥的流動性，特別是水泥的初始流動性。2.1.3聚氧乙烯基(CH

7、2CH2O)含有CH2CH2O分子段的減水劑，聚氧化乙烯鏈節(jié)能夠起到一定緩凝作用。同時增加CH2CH2O鏈節(jié)會使引氣量過高2.2非主導(dǎo)官能團(tuán)在減水劑中，主導(dǎo)官能團(tuán)之外的官能團(tuán)都是非主導(dǎo)官能團(tuán)。非主導(dǎo)官能團(tuán)有:醛基、酮基、酯基、酸酐基、酰胺基、羥基、醚基等。其中無反應(yīng)活性的非主導(dǎo)官能團(tuán)常以醚鍵、酯鍵、酰胺鍵型等形式存在，可以單獨(dú)一種或任意兩種或三種同時與羧基或“羧酸磺酸”組成高效減水劑。含有反應(yīng)活性的基團(tuán)如酸酐基、酯基、酰胺基等不飽和化合

8、物和不飽和羧酸進(jìn)行共聚可得到既有羧基又有反應(yīng)活性基的共聚物。反應(yīng)活性基在混凝土的堿性介質(zhì)條件下水解，釋放出含羧基的水解產(chǎn)物，達(dá)到分散、緩凝、保坍的目的。3.聚羧酸系高效水泥減水劑的合成原料由前述所知，聚羧酸系減水劑的合成原料主要分為三類：一是能提供羧基的的單體，如（甲基）丙烯酸、馬來酸（酐）等；二是可提供磺酸基團(tuán)的單體，如甲基丙烯磺酸鈉、2丙烯酰胺2甲基丙磺酸等；三是聚鏈烯基物質(zhì)（包括聚鏈烯基烴或其含有不同官能團(tuán)的衍生物）。4.聚羧酸減

9、水劑分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系4.1聚合單體配比對減水劑性能的影響在合成中，選擇適宜的單體種類和單體配比對聚羧酸類減水劑的合成至關(guān)重要。劉治猛等[21]分別以甲基丙烯磺酸鈉(SMAS)等5類含磺酸基的不飽和單體合成了5種側(cè)鏈帶有磺酸基團(tuán)的梳形聚羧酸減水劑。用紅外光譜(FTIR)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確認(rèn)。正交試驗(yàn)分析表明，SMAS是最佳的磺酸基單體。徐雪峰等[22]以甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸鈉、單官能團(tuán)醚聚合成聚羧酸系高效減水劑，隨著聚合物中羧基含量