摘 要：小單體(甲基丙烯酸、馬來酸酐)與大單體(烯丙基聚氧乙烯醚硫酸鹽，分子量為1000)摩爾比為3.5：1；聚合溫度：85±3℃；聚合時間：反應4小時；引發劑用量：4%。在此條件下合成的聚羧酸鹽減水劑有著較好水泥凈漿流動性和較高的混凝土減水率及良好的坍落度保持性。
關鍵詞：烯丙基聚氧乙烯醚硫酸鹽；聚羧酸鹽減水劑；水泥凈漿流動度
1 前言
聚羧酸鹽減水劑又稱超塑化劑，是一種“智能型”的水溶性高分子聚合物。它具有許多優良的性能：高減水、高耐久、低坍損、高強早強和綠色環保〔1-5〕。自聚羧酸鹽高效減水劑在中國開始應用以來，聚羧酸鹽高效減水劑發展迅速，不同結構的聚羧酸鹽減水劑不斷被設計出來，并且在各種混凝土工程上得到了成功的應用。用它配制的高性能混凝土現已成功用于多項大型工程，如上海磁懸浮工程、杭州灣跨海大橋、江蘇蘇通大橋以及高速鐵路等等。
目前市場上出現的聚羧酸減水劑大部分是（甲基）丙烯酸小單體與甲醇聚氧乙烯醚丙烯酸酯大單體共聚物或馬來酸酐小單體與烯丙醇聚氧乙烯醚大單體共聚物兩大類。它們都有類似梳形結構，通過調整大小單體的摩爾比，可以調節梳齒的疏密度；通過調整大單體的分子量，可以調整梳齒的長短以滿足各種高性能混凝土發展的需要。
本文采用烯丙基聚氧乙烯醚硫酸鹽作為大單體合成一種新型聚羧酸鹽減水劑，這種減水劑的主鏈和其它減水劑一樣，主鏈上許多強極性的基團，吸附在水泥顆粒表面上,支鏈上有許多醚鍵，它能在水泥顆粒之間自由伸展，當水泥顆粒相互接近時，聚合物分子鏈之間產生物理的空間阻礙作用，防止水泥顆粒的凝聚；在它的支鏈(梳齒)末端也有強性基團，齒端也能吸附在水泥顆粒表面上,它在不同水泥顆粒之間起到連結和支撐作用；同一水泥顆粒上起到拱橋支撐作用，由于靜電和支撐作用，阻止了水泥顆粒的凝聚，試驗證明它對水泥具有良好的分散性能及保持性，對混凝土的坍落度有較好的保持性。
2 合成
2.1 合成主要原輔材料
烯丙基聚氧乙烯醚硫酸鹽（APEGS） （自制）
馬來酸酐 （MA） （工業品，含量：≥99%）
甲基丙烯酸 (MAA) (工業品，含量：≥99.5%）
引發劑 （B-28） （復配）
氫氧化鈉 （工業品，含量：≥99%）
水泥：基準水泥
2.2 合成方法
在反應釜中加入APEGS、MA和純水，在氮氣保護、一定的溫度條件下，分別滴加MAA和引發劑B-28，保溫反應數小時。反應完畢，用氫氧化鈉溶液中和到PH：7-8。用水調節到規定濃度，即制得新型聚羧酸鹽減水劑，含固量為40％。
2.3 水泥凈漿流動度的測定
依據GB/T 8077-2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》，對聚羧酸鹽減水劑進行性能測定。W/C=0.29，聚羧酸鹽減水劑（含固量40％）的用量為水泥的0.5%。
3 結果與討論
3.1小單體(MAA和MA之和)與大單體摩爾比對水泥凈漿流動度的影響在聚合溫度為85±3℃，聚合時間為4小時，引發劑用量為4%?？疾煨误w(MAA和MA的總和)與大單體（APEGS-1000）摩爾比對水泥凈漿流動度的影響，結果見表1。
表1小單體(MAA和MA之和)與大單體摩爾比對水泥凈漿流動度的影響
從表1可以看出，小單體與大單體的摩爾比從2.5：1到4.5：1，水泥凈漿流動度逐漸增大之后又降低，說明過密或過疏的梳齒間距，對水泥都不能起到好的分散作用，只有適宜的齒間距才能夠起到良好的分散效果。
3.2聚合溫度對水泥凈漿流動度的影響
在小單體與大單體（APEGS-1000）的摩爾比為3.5：1，聚合時間為4小時，引發劑用量為4%（引發劑用量是指引發劑占總單體質量的百分數）?？疾炀埕人猁}減水劑聚合溫度對水泥凈漿流動度的影響，結果見表2。
表2 聚合溫度對水泥凈漿流動度的影響
從表2可以看出，反應溫度從55℃升到85℃，水泥凈漿流動度從開始的不流動，逐漸增大，說明隨著聚合溫度的升高，聚合物的聚合度不斷提高，對水泥的分散性能得以增強；85℃時凈漿流動度達到最大270mm，再升到95℃時，凈漿流動度反而下降，說明聚合溫度太高導致聚合度下降。
3.3聚合時間對水泥凈漿流動度的影響
在小單體與大單體（APEGS-1000）的摩爾比為3.5：1，聚合溫度為85±3℃，引發劑用量為4%?？疾炀埕人猁}減水劑聚合時間對水泥凈漿流動度的影響，結果見表3。
表3聚合時間對水泥凈漿流動度的影響
從表3可以看出，聚合反應時間延長，水泥凈漿流動度逐漸增大，當聚合反應時間為4或5小時時，水泥凈漿流動度達到最大；從經濟角度考慮，反應時間定為4小時比較合適。
3.4 不同分子量的烯丙基聚氧乙烯醚硫酸鹽對水泥凈漿流動度的影響在聚合溫度為85±3℃，聚合時間為4小時，小單體與大單體的摩爾比為3.5：1，引發劑用量為4%的條件下，考察不同分子量的烯丙基聚氧乙烯醚硫酸鹽對水泥凈漿流動度的影響，結果見表4。
表4不同分子量的烯丙基聚氧乙烯醚硫酸鹽對水泥凈漿流動度的影響
*APEGS后的數字表示分子量的大小。
從表4中看出，不同分子量的APEGS所合成的減水劑對水泥凈漿流動度影響很大，過低或過高的分子量都不適宜，只有分子量是1000比較適合此配方。
3.5引發劑用量對水泥凈漿流動度的影響
在聚合溫度為85±3℃，聚合時間為4小時，小單體與大單體（APEGS-1000）的摩爾比為3.5：1的條件下，考察引發劑用量對水泥凈漿流動度的影響，結果見表5。
表5引發劑用量對水泥凈漿流動度的影響
從表5可以看出，隨著引發劑用量的增加，水泥凈漿流動度先增加后減少，這是因為引發劑用量少時，通過分析產物的不飽和度，得知所合成的減水劑聚合不完全，仍有未聚合單體游離在產品中；引發劑用量多時，通過凝膠滲透色譜分析所合成的減水劑，其重均分子量小，不利于減水劑立體效應的發揮。
3.6混凝土性能的測定
在聚合溫度為85±3℃，聚合時間為4小時，小單體與大單體的摩爾比為3.5：1，引發劑用量為4%的條件下，用APEGS-1000合成減水劑。試驗按照GB8076設計混凝土配合比，測得混凝土的減水率為32%；試驗按照JC473設計混凝土配合比，測得混凝土的初始坍落度為215mm，1小時后的坍落度為180mm，2小時后的坍落度為150mm。
4 結論
4.1用烯丙基聚氧乙烯醚硫酸鹽、甲基丙烯酸和馬來酸酐等能夠合成一種新型梳形、性能優良的聚羧酸鹽減水劑。
4.2 合成聚羧酸鹽減水劑的最佳條件是：小單體與大單體摩爾為3.5：1；聚合溫度：85±3℃；聚合時間：反應4小時；烯丙基聚氧乙烯醚硫酸鹽：分子量為1000；引發劑用量：4%。此聚羧酸鹽減水劑有著較高的混凝土減水率和良好的坍落度保持性。
文章來源：弗克科技（蘇州）有限公司
李國云，張太龍，胡久宏，傅雁
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