基于聚羧酸减水剂的作用机理,从原材料(大单体的分子量和封端基团、小单体的亲疏水性、单体的官能团活性)、制备方法(合成工艺、复配方式)方面总结了近年来国内外关于降黏型聚羧酸减水剂制备技术的研究进展,分析了降黏机理,并对降黏型聚羧酸减水剂的可行性研究进行了展望。

分别采用烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)、甲基烯丙基聚氧乙烯醚(TPEG)和乙二醇单乙烯基聚氧乙烯醚(EPEG)三种聚醚大单体合成了聚羧酸减水剂(PCE),对比研究了所合成的PCE对混凝土流变性能、气泡特征及其经时演化、硬化混凝土外观气泡的影响规律。结果表明:EPEG-PCE与TPEG-PCE的减水率及对混凝土和易性的影响均优于HPEG-PCE,且掺EPEG-PCE新拌混凝土湿筛砂浆的流变参数经时变化小;掺TPEG-PCE和HPEG-PCE试件的气泡参数主要在30~60 min和0~30 min内变化,而掺EPEG-PCE的试件则在0~90 min无明显气泡突变阶段,对尺寸≤500μm的气泡稳定性影响顺序为TPEG组>HPEG组>EPEG组;掺不同大单体PCE试件的表观气泡含量相当,但TPEG组大气泡最多,EPEG组最少。

以乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚(EPEG)为大单体,丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为小单体,以双氧水与抗坏血酸作为氧化还原体系,巯基乙醇与次磷酸钠(NaH2PO2)作为链转移剂,合成了聚羧酸减水剂PC-220。通过单因素试验确定了最佳反应参数为底釜pH=5、滴加时间1 h。基于响应面设计方法建立了二次多项式回归方程,以石膏净浆流动度与水泥净浆流动度为响应值,进行响应面优化后,确定了酸醚比为4.24,NaH2PO2用量为0.33%,AMPS用量为0.66%。优化后掺PC-220的石膏净浆流动度相对误差为1.3%、水泥净浆流动度相对误差为0.8%,表明响应面优化可行。应用结果表明,合成的PC-220在水泥基灌浆料与石膏自流平中的使用效果优于PC-530与PC-570。

研究了不同缓凝剂(传统缓凝剂、膦酸盐缓凝剂)复配聚羧酸减水剂后对水泥凝结时间和水化特性的影响。结果表明:葡萄糖酸钠和蔗糖缓凝效果较好,焦磷酸钠与柠檬酸钠对水泥凝结时间的影响程度基本接近,膦酸盐缓凝剂对抑制水泥水化的作用效果更为平稳、持续,相同掺量时(0.1%),其可以推迟峰值温度出现时间2~52 h不等,降低同龄期总水化热达250%~1100%;各类缓凝剂的缓凝作用多体现在对于水泥初凝时间的推迟,膦酸盐缓凝剂相较于传统缓凝剂具备更好的缓凝效果。

将乙二醇单乙烯基聚氧乙烯醚(EPEG)大单体与丙烯酸、丙烯酸羟乙酯通过自由基溶液共聚得到EPEG缓释型聚羧酸减水剂PCE-E,并分析了酸醚比、酯醚比、滴加时间等因素对PCE-E减水、缓释、保坍性能的影响。结果表明:当反应温度为20℃、酸醚比为2.10、酯醚比为2.9、引发剂用量为0.7%、还原剂用量为0.2%、催化剂用量为0.3%、链转移剂用量为0.4%、滴加时间为60 min时,制备得到的PCE-E综合性能最佳,在混凝土中的应用效果良好。

设计不同的侧链长度、酸醚比和分子量制备了系列聚羧酸减水剂样品,采用GPC方法测试了系列样品的分子量和聚醚转化率。通过砂浆和混凝土性能评价试验表征了聚合物的分散性能和力学性能,用微量热仪监测了水泥水化18 h内的水化放热趋势。结果表明,聚羧酸分子中聚醚侧链长度、酸醚比和分子量均能明显影响砂浆的早期强度,分子结构综合影响早强效果。水化放热历程证明,优化聚羧酸分子结构能加速水泥水化,影响规律与砂浆强度测试结果一致。混凝土性能测试显示,聚羧酸减水剂系列样品能缩短混凝土凝结时间,增加早期强度,且不影响后期强度的发展。

采用异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)作为减水剂合成大单体,通过引发剂进行聚合反应合成石膏基材用新型高性能聚羧酸减水剂母液,将合成的减水剂母液通过离心喷雾干燥技术制备成粉末(PC-GY)。设计正交试验研究了链转移剂用量、酸醚摩尔比、还原剂摩尔比、引发剂用量对石膏净浆流动度的影响,并确定了最优配合比。通过单因素变量试验研究了不同种类聚醚单体、中和固碱量对减水剂减水性能的影响,并通过红外光谱(IR)分析了聚羧酸分子结构。结果表明:合成的PC-GY性能较优,在不同种类石膏中均表现出良好的适应性,并成功应用于石膏基自流平砂浆。

通过测试流动度和由Bingham流变模型拟合所得的流变参数,研究了未掺与掺聚羧酸减水剂(TX50)两种条件下含泥量对水泥浆体流变性能的影响因素及其规律。结果表明:含泥量对水泥浆体塑性黏度的影响程度明显大于其对流动度的影响;水灰比与未掺减水剂的水泥浆体的流动度、塑性黏度、屈服应力分别呈线性关系、幂函数关系、指数关系;减水剂与RP8抑制组分的掺入均可增加水泥浆体的流动度,降低塑性黏度,且对流动度的影响程度明显大于对塑性黏度的影响程度。

依托海太过江通道工程,研究了盾构砂对减水剂吸附行为、水泥砂浆流变性能的影响。结果表明:盾构砂的掺入降低了水泥砂浆的流变性能;与轻度交联的PCE-1相比,盾构砂中粒径≤75μm的细粉颗粒对常规型聚羧酸减水剂(PCE-0)的吸附作用更强;PCE-1具有较好的黏土耐受性和水泥分散能力,对水泥砂浆流动性的改善效果比PCE-0好;掺盾构砂砂浆体系较好地符合Herschel-Bulkley模型,在相同流动性条件下,盾构砂的掺入使减水剂需求量增加,且随着盾构砂掺量的增加,减水剂用量增大,表观黏度及残余黏度均增大,剪切增稠行为更显著。

研究了聚丙烯酰胺(PAM)对水泥浆体流动度的影响规律,测试了水泥颗粒的粒径分布、水泥浆体的流变参数和水泥颗粒对减水剂的吸附率,分析了PAM影响机理。结果表明:微量的PAM可使水泥浆体的流动度显著下降;PAM促进了水泥浆体絮凝、提升了水泥浆体的黏度是造成水泥浆体流动度不良的主要原因。