聚羧酸减水剂的技术和性能优势：聚羧酸减水剂与水泥浆体流变参数的相关性分析
聚羧酸减水剂的技术和性能优势：聚羧酸减水剂与水泥浆体流变参数的相关性分析2.1原材料及仪器本文通过分析聚羧酸结构参数（重均分子量Mw、分子量分布系数Mw/Mn、转化率、侧链密度、主链聚合度）、水泥净浆流动度、混凝土性能与水泥浆体流变参数的线性相关性，以期对聚羧酸减水剂的开发和性能评估等提供一定的理论指导。其中，τ表示剪切应力（mPa）；μ表示塑性粘度（mPa·s）；表示剪切速率（s−1）
本文采用Bingham模型进行线性拟合得到流变参数，通过分析聚羧酸结构参数（重均分子量Mw、分子量分布系数Mw/Mn、转化率、侧链密度、主链聚合度）、水泥净浆流动度、混凝土性能与水泥浆体流变参数的线性相关性，以期对聚羧酸减水剂的开发和性能评估等提供一定的理论指导。
1 引言减水剂作为混凝土必不可少的组分，可有效减少拌合物用水量，降低水灰比，提高混凝土流动性，改善混凝土和易性。减水剂加入水泥浆体后会吸附到水泥颗粒表面上，使得原本絮凝的水泥颗粒分散开来，释放出包裹的水，使得自由水增多，从而起到减水的作用。
减水剂对于水泥体系流变学的影响是显著的，但同时又是难以预测的，减水剂的加入会破坏水泥浆体的絮凝结构从而改变水泥体系的屈服应力和塑性粘度。屈服应力的大小体现的是浆体保持原有状态不发生改变的能力，其值越小，在较小应力下浆体就越能流动。而塑性粘度则是水泥浆体内部结构阻碍流动的一种性能，反映了水泥浆体体系变形的速度。
在以往的研究中，通常仅考虑减水剂掺量、水灰比与浆体流变参数的相关性，或是研究减水剂类型对浆体流变参数的影响，很少涉及到流动度或聚羧酸结构参数与浆体流变参数的相关性研究。本文研究了新拌水泥浆体的流变性能，采用Bingham模型表示：
其中，τ表示剪切应力（mPa）；
μ表示塑性粘度（mPa·s）；
表示剪切速率（s−1）
本文通过分析聚羧酸结构参数（重均分子量Mw、分子量分布系数Mw/Mn、转化率、侧链密度、主链聚合度）、水泥净浆流动度、混凝土性能与水泥浆体流变参数的线性相关性，以期对聚羧酸减水剂的开发和性能评估等提供一定的理论指导。
2 实验2.1原材料及仪器
（1）测试原材料
水泥：采用山东鲁城水泥有限公司生产的基准水泥，P.I42.5级。
砂石：采用细度模数2.6～2.9，含泥量小于1%的淡化砂；采用5～10mm和10～20mm级配碎石。
（2）测试仪器：水泥净浆搅拌机（型号：NJ-160A）、单卧轴混凝土搅拌机（型号：HJW-60）、触摸屏粘度计（型号：NDJ-8T）、混凝土流变仪（型号：丹麦ICAR）、凝胶色谱仪（型号：Waters 1515/2414）。
2.2合成工艺
合成工艺：采用水溶液中自由基共聚的方法，在引发剂过硫酸铵的作用下，将丙烯酸、次磷酸钠和甲基烯丙基聚氧乙烯醚按工艺配方规定的用量在60℃下共聚一定时间，反应后再保温1h，将反应产物冷却后用氢氧化钠溶液中和，得到减水剂溶液。
根据上述工艺合成一组结构参数不同的大正交样品（样品编号为1#-9#），聚羧酸减水剂的分子结构如图1所示。
图1 聚羧酸减水剂分子结构
2.3产品性能测试
2.3.1水泥净浆流动度测定
按照GB/T 8077-2012 《混凝土外加剂匀质性试验方法》中规定的测试方法进行。
2.3.2 混凝土拌合物性能测定
按照GB 8076-2008《混凝土外加剂》中规定的测试方法进行。
2.3.3 水泥流变性能测试
采用NDJ-8T型触摸屏粘度计测定水泥流变性。测试步骤如下：
（1）按设计的水灰比和减水剂掺量称取适量的减水剂溶液和自来水，混合搅拌均匀；
（2）将水泥倒入搅拌锅中，加入上述搅拌均匀的减水剂溶液，立即用水泥净浆搅拌机搅拌水泥和水（搅拌程序为先慢速搅拌2min，暂停15s，再快速搅拌2min）；
（3）将搅拌后的水泥浆体倒入烧杯中，安装合适的转子后，测定水泥浆体的表观粘度、剪切应力和剪切速率。
2.3.4 混凝土流变测试
采用丹麦ICAR混凝土流变仪用于计算基本单位下的Bingham流变参数：最大剪切应力、屈服应力和塑性粘度。
2.3.5 凝胶色谱测试
采用美国Waters1515 Isocratic HPLP Pump/Waters 2414示差检测器及Breeze软件采集及分析系统。色谱柱由UltrahτdrageTM 250和UltrahτdrageTM 500两根串联，流动相为0.1mol/L硝酸钠溶液，流速为0.80 ml/min。
3 实验结果与讨论3.1聚羧酸结构参数
本文研究聚羧酸结构参数与水泥浆体流变参数之间的线性相关性。合成单体选用的是HPEG和AA，确定了主链类型为只带羧基（-COOH）的长碳链；大单体HPEG分子量为2400，即固定了侧链长度。重点讨论的结构参数为：
①主链聚合度；
②侧链密度；
③重均分子量（Mw）；
④分子量分布系数（Mw/Mn）；
⑤转化率。
借助凝胶色谱分析，可以得到聚羧酸减水剂的结构参数，包括数均分子量Mn、重均分子量Mw、分子量分布系数（Mw/Mn）以及大单体转化率等，并由此可以推算出聚羧酸减水剂分子结构参数如侧链密度、主链聚合度等，计算所得到的结构参数均基于本文实验所设定的GPC分析条件。聚羧酸的侧链密度和主链聚合度可分别根据公式（1）和（2）计算得到，结构参数结果见表1。
