聚羧酸高性能減水劑復配試驗研究

1、聚羧酸高性能減水劑復配試驗研究鑒定材料河北建設集團有限公司混凝土分公司二0一一年十月聚羧酸高性能減水劑復配試驗研究鑒定技術資料目錄編號 資料名稱 份數(shù)1 鑒定大綱 12 工作報告 1 3 技術報告 1 4 經濟社會效益分析 15 應用情況 16 主要完成人 1 聚羧酸高性能減水劑復配試驗研究鑒定大綱河北建設集團有限公司混凝土分公司二0一一年十月鑒定大綱“聚羧酸高性能減水劑復配試驗研究”是河北建設集團有限公司混凝土分公司的研究課題，課題組已完成了研究內容，現(xiàn)提交全部鑒定資料。請集團公司專家，對該課題成果進行鑒定。一 鑒定依據(jù)國家有關專業(yè)技術標準、規(guī)范。二 鑒定具備的條件混凝土分公司已完成了該課題

2、的研究，具備鑒定條件。三 鑒定目的針對目前使用外加劑廠家提供聚羧酸外加劑成本高、產品對混凝土的影響性能調整慢等特點，混凝土公司為進一步降低成本、及時為顧客提供滿意產品，特對聚羧酸減水劑進行復配研究。四 鑒定內容1 審查提交鑒定的技術資料是否齊全完整，是否符合鑒定的要求；2 項目研究的價值；2 存在的問題及改進意見。五 鑒定程序1 通過鑒定大綱；2 成立鑒定委員會；3 由主任委員主持鑒定評議；4 鑒定結束。聚羧酸高性能減水劑復配試驗研究工作報告河北建設集團有限公司混凝土分公司二0一一年十月聚羧酸高性能減水劑復配試驗研究工 作 報 告一、項目研究進展基本情況本項目起止時間為2011年3月-2011

3、年10月，項目負責人劉永奎，主研人姚雪濤、姚志玉、劉丁宇。二、選題立項的背景及其目的、意義聚羧酸系高效減水劑1981年日本首先研制，1986年進入市場。目前仍以日本研究較快。主要生產廠商有日本的花王、美國的MASTE公司、GRACE公司，意大利的MADI公司、瑞士SIKA公司等。在日本，聚羧酸系高性能減水劑的生產形成了相當?shù)囊?guī)模，經常應用在高層建筑領域。而我國聚羧酸系高性能減水劑發(fā)展較慢，聚羧酸減水劑的使用量不到普通減水劑總用量的2，隨著時間推移，它在工程中的應用正逐漸增加。目前建筑施工中使用最多的是萘系高效減水劑，由于其減水率不高、混凝土坍落度損失較快，并且含有對環(huán)境有污染的甲醛，其局限性將

4、會越來越突出。聚羧酸系高性能減水劑在較低的摻量下，就可以改善水泥顆粒的分散性，提高混凝土的和易性，提高混凝土強度，在建筑行業(yè)中的應用日益廣泛。目前我國在該領域的研究尚處于初級階段，離工業(yè)化應用還有相當大的距離；且存在一些不足，包括生產工藝有待簡化，原料成本高等，導致制備的聚羧酸減水劑市場價格偏高，增加混凝土企業(yè)生產成本，不利于推廣使用。本論文期望通過采用最常用的自由基聚合物，用水做溶劑，通過添加一定量的緩凝、保坍、引氣等組份獲得高性能聚羧酸減水劑，期望該減水劑能夠擁有較高的性能，同時不引起明顯的緩凝，在混凝土施工中引氣量較低，不會影響混凝土強度；同時期望該減水劑性價比高于市售減水劑，能夠取代市

5、售聚羧酸減水劑，降低砼的生產成本。論文的研究內容包括：選擇合適的單體種類、質量比、最佳摻量等；通過水泥砂漿減水率，混凝土坍落度及經時損失，混凝土抗壓強度等項目的測定結果找出最佳的復配組份，我們將本課題復配的聚羧酸高性能減水劑與市售的聚羧酸系減水劑進行性能比較。聚羧酸高性能減水劑復配試驗研究技術報告河北建設集團有限公司混凝土分公司二0一一年十月聚羧酸高性能減水劑復配試驗研究技 術 報 告一、試驗原材料及試驗儀器本論文中聚羧酸高性能減水劑的復配主要是以聚乙二醇單醚甲基丙烯酸酯（MPEGMA）、葡萄糖酸鈉（C6H11O7Na）、羧酸基類單體等為主要原料，采用溶液復配的方法，目標是復配性能優(yōu)良，工藝簡

6、單，適宜現(xiàn)代建筑施工使用要求的產品。本文復配了一系列減水劑，并通過水泥砂漿減水率，坍落度及經時損失，混凝土抗壓強度等測試對制品進行了測試和表征。1.1主要實驗儀器表1.1 主要實驗儀器設備型號產地水泥膠砂攪拌機JJ-5無錫電子天平FA2003A天津水泥膠砂流動度測定儀NDL-3泊頭混凝土攪拌機HJW-60天津壓力試驗機TYE-2000B無錫1.2主要原材料表2.2 主要實驗原材料原料名稱規(guī)格產地MPEGMA工業(yè)級上海葡萄糖酸鈉（C6H11O7Na）分析純廣州檸檬酸（C6H8O7）分析純廣州檸檬酸鈉（C6H5O7Na3）分析純廣州三聚氰胺（C3H6N6）分析純廣州基準水泥BDS-11北京水泥強度

7、標準砂標準砂廈門二、試驗研究方法2.1 水泥膠砂減水率的測定：按GB/T 8077-2000混凝土外加劑勻質性試驗方法中第十三章“水泥砂漿工作性”對水泥膠砂進行測試，所用器具應符合GB/T 2419-2005水泥膠砂流動度測定方法中第四章的規(guī)定。按下式計算砂漿減水率：砂漿減水率(%) =（M0-M1）/M0*100% （2.1）公式(2.1)中，M0為基準砂漿流動度為180±5mm時的用水量(ml)，Ml為摻外加劑的砂漿流動度為180±5mm時的用水量(ml)。本試驗是先測定特定水泥砂漿達到基準砂漿流動度的用水量M0，再測定摻加一定量外加劑的砂漿達到基準砂漿流動度時的用水量

8、M1，以水泥砂漿減水率表示其工作性。2.2 混凝土試驗：選用自制復配的聚羧酸減水劑和市場上流行的聚羧酸減水劑品種配制混凝土，混凝土配合比按照JGJ 55-2000普通混凝土配合比設計規(guī)程進行設計，并符合GB 8076-2008混凝土外加劑的相關要求，測試混凝土的坍落度及經時損失和3d、7d、28d的抗壓強度，對所復配的聚羧酸減水劑的性能進行比較。三、聚羧酸減水劑的性能試驗研究聚羧酸高性能減水劑的分子結構呈梳型，在主鏈上帶有較多的活性基團并且極性較強。各基團對水泥的作用是不相同的，如磺酸基的分散性好；羧酸基除有較好的分散性外，它還有緩凝效果；羥基不僅具有緩凝作用，還能起到浸透潤濕的作用；聚氧烷基

9、類基團具有保持流動性的作用。本文通過對聚羧酸減水劑的復配，對復配的多種聚羧酸減水劑進行相應的性能測試，通過測試結果反饋聚羧酸減水劑的復配過程，進而選擇合適的原材料、配方等合成工藝條件，并對實際配方進行成本核算。聚羧酸減水劑的主要原料包括一些不飽和酸，譬如丙烯酸、馬來酸酐、甲基丙烯酸等羧酸，聚氧烯基烴、醇、醚等帶有烯基物質，聚乙烯磺酸鹽或酯、甲基丙烯酸鹽、酯，丙烯酰胺等等。本論文中聚羧酸高效減水劑的復配主要是以水為溶劑，聚乙二醇單醚甲基丙烯酸酯（MPEGMA）、葡萄糖酸鈉（C6H11O7Na）、羧酸基類單體等為主要原料。3.1 單體種類的選擇3.1.1 減水劑樣品配方選取檸檬酸（C6H8O7）、

10、檸檬酸鈉（C6H5O7Na3）、三聚氰胺（C3H6N6）為引入極性基團的單體，在相同質量比的情況下，與MPEGMA、C6H11O7Na復合聚羧酸減水劑。表3.1 減水劑樣品配方一覽1#MPEGMA+C6H11O7Na+ C6H8O72#MPEGMA+C6H11O7Na+ C6H5O7Na33#MPEGMA+C6H11O7Na+ C3H6N64#市售聚羧酸3.1.2 測試結果與結論3.1.2.1 水泥膠砂減水率表3.2 水泥膠砂減水率樣品達到180±5mm時的用水量(ml)減水率(%)基準（空白樣）21001#( C×1.8%)15227.62#( C×1.8%)1

11、5028.63#( C×1.8%)16421.94#( C×2.2%)16023.8由上表可以看出，不添加減水劑的樣品，能夠達到基準砂漿流動度時的用水量為210ml，而添加了減水劑的試樣，均具有減水效果，減水率分別從21-29不等，以三聚氰胺制備的減水劑減水效果最差，減水率僅為21.9，而以檸檬酸鈉制備的減水劑達到基準砂漿流動度時的用水量最少，為150ml，減水率達到28.6，其效果優(yōu)于其它各類單體復配而成的減水劑，而市售的聚羧酸系減水劑在1.8%摻量時無明顯效果，增加摻量至2.2%時，減水率為23.8。通過水泥膠砂流動度用水量可以看出，用檸檬酸鈉作為原料，與葡萄糖酸鈉、M

12、PEGMA制備的減水劑在減水效果上最佳。3.1.2.2 混凝土坍落度及經時變化混凝土坍落度是表征混凝土和易性和流動性的重要指標，流動性是混凝土在自重或者機械振搗力的作用下，能產生均勻密實地充滿模具的性能?；炷撂涠仍酱?，表明減水劑與水泥顆粒作用效果越明顯，減水劑對混凝土的流動性改善越佳。表3.3 不同單體制備減水劑編號一覽1#檸檬酸鈉（摻量C×1.8%）2#檸檬酸（摻量C×1.8%）3#三聚氰胺（摻量C×1.8%）4#市售聚羧酸（摻量C×2.2%）復配的不同聚羧酸減水劑如表3.3所示。其中減水劑的摻量有所不同：本文復配的聚羧酸減水劑摻量均為1.8，由于

13、市售的聚羧酸減水劑正常使用摻量普遍較高，在1.8的低摻量下對水泥效果不理想，所以在試驗中需增大摻量。對復配的聚羧酸減水劑以及市售聚羧酸減水劑進行混凝土坍落度及經時損失等方面的性能測試。結果如圖3.1所示：由圖3.1可以看出，市售聚羧酸減水劑的坍落度雖然可以達到220mm，但前提是在較大的摻量下才能對水泥起到一定的塑性和流動效果，并在2h后經時損失超過20%，效果不是很理想；3#減水劑的效果同樣不太理想；1#、2#減水劑的混凝土坍落度及經時損失都優(yōu)于市售聚羧酸減水劑。3.1.3 小結經過一系列測試，發(fā)現(xiàn)采用檸檬酸基單體復配聚羧酸減水劑時要優(yōu)于三聚氰胺，同時考慮到檸檬酸鈉相對于檸檬酸的成本要低，所

14、以優(yōu)先選用檸檬酸鈉復配聚羧酸減水劑。3.2 單體配比對復配減水劑性能的影響3.2.1 減水劑樣品配方通過調整葡萄糖酸鈉與檸檬酸鈉的比例，進行一系列合成與性能測試，以求獲得最佳效果的減水劑。表3.4 不同質量比單體制備減水劑編號一覽編號n(MPEGMA):n(C6H11O7Na):n(C6H5O7Na3)1#（摻量C×1.8%）50:3:52#（摻量C×1.8%）50:4:53#（摻量C×1.8%）50:5:54#（摻量C×1.8%）50:4:45#（摻量C×1.8%）50:5:33.2.2 測試結果與結論3.2.2.1 水泥膠砂減水率由表3.5

15、可以看出，空白試樣達到基準砂漿流動度時的用水量為210ml，在添加了聚羧酸減水劑之后，各個試樣達到基準砂漿流動度的用水量都有較大幅度的降低；投料比為50:5:3的試樣效果最好，減水率達到25.5%，投料比為50:4:4的試樣效果次之；即：當投料比為n(MPEGMA):n(C6H11O7Na):n(C6H5O7Na3)=50:5:3時，減水劑獲得最佳的減水效果。表3.5 水泥膠砂減水率樣品達到180±5mm時的用水量(ml)減水率(%)基準（空白樣）21001#15222.52#15421.53#15023.64#14824.55#14625.53.2.2.2 混凝土坍落度及經時變化由

16、圖3.2可以看出，1#、2#減水劑的初始坍落度能到220mm以上，但是2h后坍落度損失接近20%；3#、4#減水劑的效果略好一些，2h后坍落度損失在10%左右；5#減水劑的混凝土坍落度及流動性效果最好。3.2.2.3 混凝土抗壓強度對復配的聚羧酸減水劑與市售聚羧酸減水劑做混凝土抗壓強度比較，混凝土配合比按照JGJ 55-2000普通混凝土配合比設計規(guī)程進行設計，并符合GB 8076-2008混凝土外加劑的相關要求，如下：由表3.6可以看出，摻加減水劑后，混凝土的抗壓強度都有不同程度的提高，本文復配的聚羧酸減水劑在1.8摻量下，減水效果明顯，能較大幅度提高混凝土的抗壓強度，其中5#減水劑的效果最

17、為明顯。而市售聚羧酸減水劑在相同摻量的情況下，無法達到混凝土所需的流動性要求；市售聚羧酸減水劑在增大摻量的情況下，無論是在減水效果、抗壓強度等方面仍舊遜于本文所復配的聚羧酸減水劑。表3.6 混凝土抗壓強度減水劑減水率混凝土抗壓強度3d7d28d基準（空白）015.621.829.4市售聚羧酸（C×2.2%）23.8%25.432.540.23#(50:5:5)（C×1.8%）23.6%24.633.142.74#(50:4:4)（C×1.8%）24.5%27.535.445.25#(50:5:3)（C×1.8%）25.5%28.740.447.1由表3.

18、6可以看出，摻加減水劑后，混凝土的抗壓強度都有不同程度的提高，本文復配的聚羧酸減水劑在1.8摻量下，減水效果明顯，能較大幅度提高混凝土的抗壓強度，其中5#減水劑的效果最為明顯。而市售聚羧酸減水劑在相同摻量的情況下，無法達到混凝土所需的流動性要求；市售減水劑在增大摻量的情況下，無論是在減水效果、抗壓強度等方面仍舊遜于本文所復配的聚羧酸減水劑。3.2.3 小結經過水泥砂漿減水率、坍落度及經時損失、混凝土抗壓強度等一系列測試，發(fā)現(xiàn)在投料比為n(MPEGMA):n(C6H11O7Na):n(C6H5O7Na3) =50:5:3時，減水劑獲得最佳效果。3.3 減水劑摻量對減水率的影響外加劑的摻量對于水泥

19、水化過程有著極大的影響，性能優(yōu)良的減水劑可以在較低的摻量下滿足水泥的流動性和塑性要求，是表征減水劑是否高性能的關鍵因素之一，同時可以節(jié)約建筑成本。不同摻量的減水劑對應減水率如表3.7所示：表3.7 不同摻量的減水劑對減水效率的影響摻量減水劑種類1.5%1.8%2.0%2.2%市售聚羧酸11.018.421.623.85#(50:5:3)17.225.531.031.0由表3.7可以看出，隨著減水劑摻量的增加，減水率呈遞增趨勢；對于市售的聚羧酸減水劑，摻量在1.5以下亦無明顯的減水效果，當摻量持續(xù)增大，減水效果上升。對于本試驗復配的聚羧酸高性能減水劑，在1.8的摻量下減水率達到25.5，隨著摻量

20、上升，減水率上升，但上升趨勢漸緩，同時當減水率達到一定值后，繼續(xù)增大減水劑摻量，減水率不再上升。這是由于水泥在拌合、水化過程中所需的用水量存在絕對值，減水劑的作用機理只是釋放水泥顆粒之間被包裹的游離水，故繼續(xù)增大摻量無法提升減水率。四、結論4.1 本文以聚乙二醇單醚甲基丙烯酸酯為主要原料，與葡萄糖酸鈉，檸檬酸鈉單體為原料進行復配聚羧酸系減水劑。4.2 通過對復配不同的減水劑進行比較，發(fā)現(xiàn)檸檬酸鈉類減水劑效果優(yōu)于對檸檬酸、三聚氰胺等制備的減水劑；研究了投料比對水泥砂漿減水率、混凝土坍落度及經時損失等性能的影響，得到了最佳的配方。試驗所得聚羧酸高性能減水劑的質量比為：n(MPEGMA):n(C6H

21、11O7Na):n(C6H5O7Na3) =50:5:3時，復配的聚羧酸高性能減水劑效果最佳。4.3 本文研究了聚羧酸高性能減水劑對于水泥砂漿減水率、混凝土坍落度及經時變化、混凝土抗壓強度等性能的影響，結果表明：本文復配的聚羧酸高性能減水劑在1.8%的摻量下，減水率可達到25.5，混凝土坍落度達到250mm，并且2h后的坍落度損失小于5，28d抗壓強度增強160。4.4 自行復配的聚羧酸高性能減水劑的最大優(yōu)點，是可以隨著氣溫的變化隨時調整外加劑配方，及時調整外加劑的緩凝、保坍、引氣等組分，不受外加劑廠家的調整局限，最大程度的滿足工程施工需求，為用戶及時提供滿意的產品。聚羧酸高性能減水劑復配試驗

22、研究經濟社會效益分析河北建設集團有限公司混凝土分公司二0一一年十月聚羧酸高性能減水劑復配試驗研究經濟效益分析報告1、 以如下配方作為基準進行成本核算：n(MPEGMA):n(C6H11O7Na):n(C6H5O7Na3)=50:5:3，復配的聚羧酸外加劑減水率約29本試驗采用的原料價格如下：聚乙二醇單醚甲基丙烯酸酯（MPEGMA） 9000元/T葡萄糖酸鈉（C6H11O7Na） 6500元/T檸檬酸鈉（C6H5O7Na3） 7500元/T核算：(8500*50+6200*5+7200*3)/(50+5+3)/0.29=2525即：平均每噸該類聚羧酸減水劑的原料成本為2525元，復配外加劑的生產

23、運輸成本約為150元T，則該聚羧酸減水劑每噸成本約為2675元T。2、以c30配合比的膠材用量作基準，進行成本核算：P·42.5水泥其現(xiàn)有市價為420元噸，市售聚羧酸減水劑價格：(摻量2.2)：2400元噸我公司C30配合比水泥膠材用量為420Kg/m3，折算單方混凝土差價。減水劑種類項目市售聚羧酸（C×2.2%）5#(50:5:3)（C×1.8%）外加劑用量（Kg/m3）9.247.56外加劑成本（元）22.17620.223外加劑差價（元）22.176-20.223=1.953即以C30混凝土為基準進行成本計算，使用本試驗的聚羧酸高性能減水劑與市售聚羧酸外加劑