本文采用聚合度分別約為9、23、35的自制聚氧乙烯基烯丙酯大單體（PA）分別與丙烯酸、甲基丙烯磺酸鈉在引發劑過硫酸銨作用下進行自由基水溶液共聚反應，得到不同側鏈長度的聚羧酸牡丹江減水劑，分別記為JH9、JH23、JH35。通過正交試驗分析考察單體及引發劑用量不同時所合成的聚羧酸減水劑對水泥凈漿初始流動度及流動度經時損失的影響，確定不同側鏈長度聚羧酸減水劑的更佳配方。并分析在更佳合成配方下合成的不同側鏈長度的聚羧酸減水劑對水泥凈漿的初始流動度及經時損失的影響。 

1、實驗 

1.1原材料 

丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸鈉（MAS）、過硫酸銨（APS）均為市售化學試劑；聚氧乙烯基烯丙酯大單體，自制，其聚合度分別約為9、23、35；水泥，P.O42.5R，重慶騰輝江津水泥廠產。 

1.2 聚羧酸減水劑的合成方法 

將丙烯酸、甲基丙烯磺酸鈉、過硫酸銨、聚氧乙烯基烯丙酯大單體分別用去離子水配成濃度為20%的水溶液。在裝有攪拌器、回流冷凝管及溫度計的三頸燒瓶中分批滴加單體及引發劑，滴加完畢后在75℃下保溫反應一定時間。反應結束后，用濃度為20%的NaOH水溶液調節PH值至7～8，得到濃度約為20%的黃色或紅棕色聚羧酸減水劑。 

1.3 正交試驗設計 

采用正交試驗方法，通過改變丙烯酸（AA）、甲基丙烯磺酸鈉（MAS）、聚氧乙烯基烯丙酯大單體（PA）、過硫酸銨（APS）4個因素的用量，考察四因素在三水平下合成的聚羧酸減水劑對水泥凈漿初始流動度及流動度經時損失的影響，從而確定聚羧酸減水劑的更佳合成配方。正交試驗因素及水平見表1，表中引發劑APS用量為MAS、AA、PA等3種單體總質量的百分比。表2為不同實驗組數對應的各因素水平。 

 1.4 摻減水劑水泥凈漿流動度測試方法 

水泥凈漿初始流動度按GB8077-2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》中測定水泥凈漿初始流動度的方法進行測試，W/C為0.29。 

水泥凈漿流動度經時損失的測試方法為：保持一定水灰比，加入一定量的聚羧酸減水劑，按GB8077-2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》每隔一定時間測試水泥凈漿的流動度。 

2、結果與分析 

2.1 減水劑摻量對水泥凈漿初始流動度的影響 

當減水劑摻量大于0.5%以后，增加減水劑摻量，水泥凈漿初始流動度增大變緩。表明該聚羧酸減水劑的飽和摻量為水泥質量的0.5～0.8%。 

2.2 聚羧酸減水劑合成配方的確定 

通過實驗結果計算分析，可看出減水劑摻量為0.5%時四因素對水泥凈漿初始流動度影響的顯著程度。聚羧酸減水劑合成時各因素對水泥凈漿初始流動度影響的極差分析見表)（減水劑摻量為0.5%）。 

2.2.1 聚羧酸減水劑JH9合成配方的確定 

（1）在設計的原料用量范圍內，摻JH9的水泥凈漿初始流動度隨MAS、AA用量的增加而增加，隨PA和APS用量的增加而下降；

（2）由極差R可知，四因素對水泥凈漿初始流動度影響均較顯著，影響程度從大到小依次為：PA、APS、AA、MAS；

（3）JH9的較佳合成配方為：MAS：AA：PA（摩爾）=1.5：（5.0～7.0）：（1.0～1.25），APS的用量為15%。 

水泥凈漿流動度為各因素分別在三水平下的算術平均值，減水劑摻量為水泥質量的0.8%。 

MAS用量對水泥凈漿的初始流動度影響不大，但增大MAS用量有利于水泥凈漿流動度的保持，MAS用量為1.0～1.5mol時，水泥凈漿流動度經時損失曲線基本接近，因此，MAS用量取1.0～1.5mol為宜；增大AA用量對水泥凈漿初始流動度有利，但PA用量過大對水泥凈漿的流動度保持不利，AA用量取5.0mol為宜；PA用量對水泥凈漿流動度的保持有一更佳值，PA用量取1.25mol為宜；APS在三水平下對水泥凈漿流動度經時損失影響較小，APS用量可取15%～25%。 

綜合考慮JH9摻量為0.5%時對水泥凈漿初始流動度和摻量為0.8%時對水泥凈漿流動度經時損失的影響，JH9的更佳合成配方為：MAS：AA:PA（摩爾）=1.5：5.0：1.25,APS用量為15%。

2.2.2 聚羧酸減水劑JH23合成配方的確定 

水泥凈漿初始流動度隨MAS、PA、APS用量增加而下降，隨AA用量增加而增大。由極差R可知，四因素對水泥凈漿初始流動度影響均較顯著，影響程度從大到小依次為AA、APS、PA、MAS。較佳合成配方為：MAS:AA:PA（摩爾）=(0.5～1.5):5.0（1.0～1.25），APS用量15%。

通過看四因素在三水平下所合成的聚羧酸減水劑JH23對水泥凈漿流動度經時損失的影響得知：MAS用量對水泥凈漿初始流動度的影響不大，但增大MAS用量有利于水泥凈漿流動度的保持，MAS用量取1.5mol為宜；AA用量為5.0～7.0時對水泥凈漿初始流動度影響不大，但AA用量過大不利于水泥凈漿流動度的保持，AA用量在3.0～5.0mol時的水泥凈漿經時損失基本接近，AA用量取5.0mol為宜；PA用量對水泥凈漿初始流動度的影響相差不大，PA用量為1.25mol和1.5mol時對水泥凈漿的流動度保持較好，PA用量取1.25～1.5mol為宜；APS用量為15%時，水泥凈漿的初始流動度大，經時損失小。 

綜合前述，可得出聚羧酸減水劑JH23的更佳合成配方與JH9的相同。 

2.2.3 聚羧酸減水劑JH35合成配方的確定 

四因素在所設計的三水平下合成的聚羧酸減水劑JH35摻入水泥凈漿中，所測水泥凈漿的初始流動度相差不大。從極差R可知，合成JH35時各因素對水泥凈漿初始流動度的影響均不及合成JH9和JH23時顯著，影響程度稍大的為AA的用量。

MAS用量對水泥凈漿初始流動度及流動度經時損失的影響均不大，MAS用量可取0.5～1.5mol；AA用量過少，初始流動度小，AA用量過大，流動度經時損失大，AA用量以5.0mol為宜；PA用量對水泥凈漿的初始流動度的影響不大，PA用量為1.00mol時，在經時60min前的流動度明顯高于用量為1.25和1.5mol時的流動度，而PA用量為1.25mol時的經時流動度始終大于用量為1.5mol時的流動度，因此用量PA可取1.25～1.5mol；APS用量為15%時，初始流動度大，且流動度經時損失小，APS取15%為宜。 

綜合前述，聚羧酸減水劑JH35的更佳合成配方為：MAS：AA:PA（摩爾）=1.0：5.0：1.0,APS用量為15%。 

2.3 采用更佳配方合成的減水劑對水泥凈漿流動度的影響 

減水劑對水泥顆粒的分散作用與其分子結構及形態有關，水泥凈漿的流動度經時損失主要與水泥粒子表面減水劑分子吸附層的立體斥力有關。對于該聚羧酸減水劑，水泥凈漿分散性保持的機理還在于減水劑分子中聚醚側鏈以酯鍵的形式與主鏈連接，在堿性環境中發生分解，緩慢釋放羧基，二次補充作用于水泥粒子間的靜電斥力，使水泥凈漿流動度的損失得到有效控制。 

聚羧酸減水劑JH9、JH23、JH35的側鏈長度不同，空間位阻效應不同，對水泥凈漿分散性及分散保持性也就不同。

不同側鏈長度的聚羧酸減水劑JH9、JH23、JH35在不同摻量下對水泥凈漿初始流動度影響相差不大。 

摻聚羧酸減水劑JH23、JH35的水泥凈漿的經時損失小，尤以JH23聚羧酸減水劑為佳；而摻JH9的水泥凈漿流動度經時損失大。可見側鏈較長的聚羧酸減水劑對水泥凈漿的流動度保持有利。這是因為多羧酸系共聚物為梳形柔性吸附，其疏水基團吸附在水泥顆粒表面，聚醚側鏈向外伸展，側鏈較長的聚羧酸減水劑的空間位阻比側鏈較短的聚羧酸減水劑的大，同時因為聚羧酸減水劑中的側鏈以酯鍵的形式與主鏈連接，在堿性環境中發生緩慢分解而釋放羧基，側鏈較長的聚羧酸減水劑羧基釋放時間相對較長，從而使流動度經時損失小，有利于流動度保持。 

3、結論 

（1）盡管磺酸基具有較強的吸附能力和分散性，具有較強的表面活性，有利于減水劑分子在水泥顆粒上吸附，提高動電位，但MAS用量越多，對水泥顆粒的分散性并非越大。 

（2）AA用量較大時對提高水泥凈漿的分散性有利，但對分散性的保持不利。 

（3）引發劑過硫酸銨用量過大，對水泥凈漿的分散性及分散性的保持不利。這是由于引發劑用量愈大，減水劑分子量愈小，分子鏈愈短。短的分子鏈對水泥凈漿分散性及分散性保持不利。 

（4）PA用量較大時，對水泥凈漿的初始流動度不利，但有利于流動度保持。 

（5）合成不同側鏈長度的聚羧酸減水劑，其更佳配比不盡相同。對于聚羧酸減水劑JH9和JH23其更佳配比為：MAS：AA:PA（摩爾）=1.5：5.0：1.25,APS用量為15%；JH35的更佳配比為MAS：AA:PA（摩爾）=1.0：5.0：1.0,APS用量為15%。。 

（6）在更佳配比下合成的JH23、JH35聚羧酸減水劑有較好的初始流動度且流動度經時損失小，尤以JH23為佳。聚羧酸減水劑JH9的經時損失大。