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1、1 实验1.1 原材料丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸钠（MAS）、过硫酸铵（APS）均为市售化学试剂；聚氧乙烯基 烯丙酯大单体，自制，其聚合度分别约为9、23、35；水泥，P.O42.5R,重庆腾辉江津水泥 厂产。1.2 聚羧酸减水剂的合成方法将丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、过硫酸铵、聚氧乙烯基烯丙酯大单体分别用去离子水配成 浓度为 20%的水溶液。在装有搅拌器、回流冷凝管及温度计的三颈烧瓶中分批滴加单体及引 发剂，滴加完毕后在75C下保温反应一定时间。反应结束后，用浓度为20%的NaOH水溶 液调节PH值至78，得到浓度约为20%的黄色或红棕色聚羧酸减水剂。1.3 正交试验设计采用正交试验方法，通过
2、改变丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸钠（MAS）、聚氧乙烯基烯 丙酯大单体（PA）、过硫酸铵（APS） 4个因素的用量，考察四因素在三水平下合成的聚羧酸 减水剂对水泥净浆初始流动度及流动度经时损失的影响，从而确定聚羧酸减水剂的最佳合成 配方。正交试验因素及水平见表1表中引发剂APS用量为MAS、AA、PA等3种单体总质 量的百分比。表2为不同实验组数对应的各因素水平。1.4 掺减水剂水泥净浆流动度测试方法水泥净浆初始流动度按GB8077-2000混凝土外加剂匀质性试验方法中测定水泥净浆 初始流动度的方法进行测试，W/C为0.29。水泥净浆流动度经时损失的测试方法为：保持一定水灰比，加入一定量的聚羧
3、酸减水剂， 按GB8077-2000混凝土外加剂匀质性试验方法每隔一定时间测试水泥净浆的流动度。2 结果与分析 2.1减水剂掺量对水泥净浆初始流动度的影响表3为对在表2中19组的3种聚羧酸减水剂（JH9、JH23、JH35）在不同掺量时对水 泥净浆初始流动度的影响。由表 3 可知，当减水剂掺量大于 0.5%以后，增加减水剂掺量，水泥净浆初始流动度增 大变缓。表明该聚羧酸减水剂的饱和掺量为水泥质量的0.50.8%。2.2 聚羧酸减水剂合成配方的确定通过对表 3 的实验结果计算分析，可看出减水剂掺量为0.5%时四因素对水泥净浆初始 流动度影响的显著程度。聚羧酸减水剂合成时各因素对水泥净浆初始流动度
4、影响的极差分析 见表）（减水剂掺量为 0.5%）。2.2.1聚羧酸减水剂JH9合成配方的确定由表 4 可知：（1）在设计的原料用量范围内，掺 JH9 的水泥净浆初始流动度随 MAS、 AA用量的增加而增加，随PA和APS用量的增加而下降；（2）由极差R可知，四因素对水泥 净浆初始流动度影响均较显著，影响程度从大到小依次为： PA、 APS、 AA、 MAS；（3） JH9 的较佳合成配方为：MAS： AA： PA （摩尔）=1.5： （5.07.0）： （1.01.25） ,APS的用量为 15%。图1为四因素在三水平下所合成的JH9聚羧酸减水剂对水泥净浆流动度经时损失的影响。 图 1 中的水
5、泥净浆流动度为各因素分别在三水平下的算术平均值，减水剂掺量为水泥质量的 0.8%（图 2 和图 3 与此相同）。由图1可知，MAS用量对水泥净浆的初始流动度影响不大，但增大MAS用量有利于水 泥净浆流动度的保持,MAS用量为1.01.5mol时,水泥净浆流动度经时损失曲线基本接近， 因此，MAS用量取1.01.5mol为宜；增大AA用量对水泥净浆初始流动度有利，但PA用量 过大对水泥净浆的流动度保持不利，AA用量取5.0mol为宜；PA用量对水泥净浆流动度的保 持有一最佳值，PA用量取1.25mol为宜；APS在三水平下对水泥净浆流动度经时损失影响较 小，APS用量可取15%25%。综合考虑J
6、H9掺量为0.5%时对水泥净浆初始流动度和掺量为0.8%时对水泥净浆流动度 经时损失的影响，JH9的最佳合成配方为：MAS： AA:PA （摩尔）=1.5： 5.0： 1.25,APS用量为 15%。2.2.2聚羧酸减水剂JH23合成配方的确定由表4可知，水泥净浆初始流动度随MAS、PA、APS用量增加而下降，随AA用量增加 而增大。由极差R可知，四因素对水泥净浆初始流动度影响均较显著，影响程度从大到小依 次为 AA、APS、PA、MAS。较佳合成配方为：MAS:AA:PA（摩尔）=（0.51.5）:5.0 （1.01.25）, APS用量15%。图2为四因素在三水平下所合成的聚羧酸减水剂JH
7、23对水泥净浆流动度经 时损失的影响。由图2可知，MAS用量对水泥净浆初始流动度的影响不大，但增大MAS用 量有利于水泥净浆流动度的保持，MAS用量取1.5mol为宜；AA用量为5.07.0时对水泥净 浆初始流动度影响不大，但 AA 用量过大不利于水泥净浆流动度的保持， AA 用量在 3.0 5.0mol时的水泥净浆经时损失基本接近，AA用量取5.0mol为宜；PA用量对水泥净浆初始 流动度的影响相差不大，PA用量为1.25mol和1.5mol时对水泥净浆的流动度保持较好，PA 用量取 1.251.5mol 为宜； APS 用量为 15%时，水泥净浆的初始流动度大，经时损失小。 综合前述，可得
8、出聚羧酸减水剂JH23的最佳合成配方与JH9的相同。2.2.3 聚羧酸减水剂 JH35 合成配方的确定由表4可知，四因素在所设计的三水平下合成的聚羧酸减水剂JH35掺入水泥净浆中， 所测水泥净浆的初始流动度相差不大。从极差R可知，合成JH35时各因素对水泥净浆初始 流动度的影响均不及合成JH9和JH23时显著，影响程度稍大的为AA的用量。图3为四因 素在三水平下所合成的JH35对水泥净浆流动度经时损失的影响。由图 3 可知， MAS 用量对水泥净浆初始流动度及流动度经时损失的影响均不大， MAS 用量可取 0.51.5mol； AA 用量过少，初始流动度小， AA 用量过大，流动度经时损失大，
9、 AA用量以5.0mol为宜；PA用量对水泥净浆的初始流动度的影响不大，PA用量为1.00mol 时，在经时 60min 前的流动度明显高于用量为 1.25 和 1.5mol 时的流动度，而 PA 用量为 1.25mol时的经时流动度始终大于用量为1.5mol时的流动度，因此用量PA可取1.251.5mol； APS 用量为 15%时，初始流动度大，且流动度经时损失小， APS 取 15%为宜。综合前述，聚羧酸减水剂JH35的最佳合成配方为：MAS： AA:PA（摩尔）=1.0： 5.0： 1.0,APS 用量为 15%。2.3 采用最佳配方合成的减水剂对水泥净浆流动度的影响减水剂对水泥颗粒的
10、分散作用与其分子结构及形态有关，水泥净浆的流动度经时损失主 要与水泥粒子表面减水剂分子吸附层的立体斥力有关。对于该聚羧酸减水剂，水泥净浆分散 性保持的机理还在于减水剂分子中聚醚侧链以酯键的形式与主链连接，在碱性环境中发生分 解，缓慢释放羧基，二次补充作用于水泥粒子间的静电斥力，使水泥净浆流动度的损失得到 有效控制。聚羧酸减水剂 JH9、 JH23、 JH35 的侧链长度不同，空间位阻效应不同，对水泥净浆分散 性及分散保持性也就不同。图4为JH9、JH23、JH35在不同掺量时对水泥净浆初始流动度的 影响。图5为掺JH9、JH23、JH35 （掺量均为水泥质量的0.5%）对水泥净浆流动度经时损失
11、 的影响。由图4可知，不同侧链长度的聚羧酸减水剂JH9、JH23、JH35在不同掺量下对水泥 净浆初始流动度影响相差不大。由图5可知，掺聚羧酸减水剂JH23、JH35的水泥净浆的经时损失小，尤以JH23聚羧酸 减水剂为佳；而掺JH9的水泥净浆流动度经时损失大。可见侧链较长的聚羧酸减水剂对水泥 净浆的流动度保持有利。这是因为多羧酸系共聚物为梳形柔性吸附，其疏水基团吸附在水泥 颗粒表面，聚醚侧链向外伸展，侧链较长的聚羧酸减水剂的空间位阻比侧链较短的聚羧酸减 水剂的大，同时因为聚羧酸减水剂中的侧链以酯键的形式与主链连接，在碱性环境中发生缓 慢分解而释放羧基，侧链较长的聚羧酸减水剂羧基释放时间相对较长
12、，从而使流动度经时损 失小，有利于流动度保持。3 结论（1）尽管磺酸基具有较强的吸附能力和分散性，具有较强的表面活性，有利于减水剂分子 在水泥颗粒上吸附，提高动电位，但 MAS 用量越多，对水泥颗粒的分散性并非越大。（2）AA 用量较大时对提高水泥净浆的分散性有利，但对分散性的保持不利。（3）引发剂过硫酸铵用量过大，对水泥净浆的分散性及分散性的保持不利。这是由于引发 剂用量愈大，减水剂分子量愈小，分子链愈短。短的分子链对水泥净浆分散性及分散性保持 不利。（4）PA用量较大时，对水泥净浆的初始流动度不利，但有利于流动度保持。（5）合成不同侧链长度的聚羧酸减水剂，其最佳配比不尽相同。对于聚羧酸减水剂JH9和JH23其最佳配比为：MAS： AA:PA （摩尔）=1.5： 5.0： 1.25,APS用量为15%； JH35的最佳配 比为 MAS： AA:PA（摩尔）=1.0： 5.0： 1.0,APS 用量为 15%。（6）在最佳配比下合成的JH23、JH35聚羧酸减水剂有较好的初始流动度且流动度经时损失 小，尤以JH23为佳。聚羧酸减水剂JH9的经时损失大。
