聚羧酸共聚物侧链结构对水泥分散性的研究

摘要：通过“分子设计”，研制出一类带有不同侧链的聚醚基团，羧酸基团的聚羧酸共聚物减水剂，着重讨论了侧链长度对分散性能的影响。实验结果表明：通过调整聚羧酸共聚物中不同侧链的比例使其具有最佳的分散性。本实验合成的聚乙二醇侧链分子量为600：400=1：1（摩尔比）时，聚羧酸共聚物的分散效果最好，水泥浆体的流动度及分散力最佳，分别为289 mm和10．36。

 

关键词：聚乙二醇侧链；聚羧酸共聚物；减水剂；分散力

 

 

　　高效减水剂是高性能混凝土中的一种核心技术材料，高效减水剂的开发应用，经历木质素磺酸盐、萘系和密胺系高效减水剂阶段，发展到开发应用聚羧酸类高效减水剂。在众多减水剂中，聚羧酸类减水剂具有超分散性，适用范围广，能满足阻止混凝土塌落度损失，而且不引起明显缓凝的要求。它具有高减水率，低塌落度损失、不缓凝、不受掺加时间影响、环保等。聚羧酸类减水剂的有关性能还可以通过共聚合成实现改善，如可调整产品的分散性和引气性能等优点。

 

　　聚羧酸类高效减水剂已成为研究热点。本文通过对合成的几种不同侧链长度的聚羧酸类减水剂对水泥的塑化效果的研究，探讨了聚乙二醇（PEG）侧链对减水剂的分散性的影响，为“分子设计”合成更优的聚羧酸类高效减水剂提供了一条思路。

 

 

　　水泥：福建牌普通硅酸盐325^# 水泥（福建水泥股份有限公司）；聚羧酸共聚物（自制）。

 

 

　　称取300g水泥，倒入湿布擦过的净浆搅拌器内，加入一定量的减水剂和105g水，搅拌3min。将截锥体（上口直径36mm，下口直径60mm，高度60ram，内壁光滑的金属制品）用湿布擦过，水平放在湿布擦过的玻璃板上，将拌好的浆体迅速注入截锥体，刮平，将锥体垂直方向迅速提取，30s后，两次量取垂直方向的直径（mm）。取平均值作为水泥净浆的流动度。

 

　　取三次样进行重复测定，结果取平均值，误差为±5mm分别测出水泥净浆流动度。

 

 

　　取1500克水泥，525克水，聚羧酸减水剂掺量为1．0%（以水泥重量计），搅拌3min。分成五份放存，在0、30、60、90、120min各取一份测定流动度，测试方法同水泥净浆流动度的测试相同。

 

 

　　将3g水泥置于烧杯中，加入聚羧酸减水剂（0．4% ，0．6% ，0．8% ，1．0%（以水泥重量计））至50ml，搅拌10min倒入100ml量筒，补加水至总体积为100ml，用玻璃棒搅拌充分后静置沉降，10min后用虹吸管吸出上部分体积为70ml的悬浮液于烧杯中，将吸出液过滤烘干，称重得悬浮粒子重量Pd，以不加减水剂，其它条件等同所得的悬浮粒子重量Pc为标准。计算减水剂的相对分散力D：D=（Pd—Pc）／Pc

 

　　取一滴上述悬浮液放在载玻片上，用光学显  微镜放大400倍观察。  

 

 

　　在烧杯中加入1克 水泥，然后加入400ml含聚羧酸系高效减水剂的溶液，即水灰比w／c=400。  

 

　　人工搅拌5min。将悬浮液注入电泳槽内，开始进行测定第一次动电电位（δ电位）。以后每隔

15min测定一次。测定时，选择适当的水泥胶粒，加正、反电压各一次，记录经过定距的时间，共选20个水泥胶粒为一组，取平均值求出电泳速度。记录并计算δ 电位。

 

　　与不加减水剂测定水泥胶粒的δ 电位，进行空白对比实验。

 

 

　　从表1可知加入聚羧酸共聚物能显著提高水泥净浆的流动性（即对水泥有较好的塑化效果），聚羧酸共聚物的减水效果主要是取决于水泥颗粒的分散性和分散稳定性，水泥颗粒的分散性又取决于吸附表面活性剂的电斥力和立体效应。从立体效应上讲，聚乙二醇侧链的链长对保持水泥浆体的流动性有着至关重要的作用，随着减水剂的侧链增长，减水剂分散效果越显著。从表1可知，最好的流动度的侧链长是PEG分子量为600：400=1：1，而不是分子量为单一600的。这是因为长侧链虽然具有较大的立体效应，使水泥颗粒不易凝聚，但是PEG侧链越长合成的减水剂在水泥颗粒表面也越难吸附，从而减少吸附层的厚度 。如果侧链太短，就无法充分发挥立体效应的作用。而把较长的PEG侧链和较短的PEG侧链共聚在同一分子链中，不但能够提高减水剂分散性能而且能够提高减水剂的塑性粘度。长侧链能提供较大的空间位阻效应，而较短的侧链能使减水剂的吸附率增大，因此具有较好的分散性。从实验的结果可知，必须控制长侧链在整个大分子中占一定的比例来保持其较大的空间效应，如果长侧链的比例太小，减水剂的分散性就不好，如PEG分子量为（600：400：300），它的分散性相比（600：400）的差。因而必须控制好不同长度的侧链的比例。