【水泥基材料助剂——用麦芽糊精制备聚羧酸系减水剂】
吴井志，乔 敏，高南箫，吕志锋，陈 健，于 诚，冉千平
(江苏苏博特新材料股份有限公司，高性能土木工程材料国家重点实验室，南京 211103)
摘 要：以麦芽糊精为原料，经过醚化改性和羧基化改性后，制备了一种聚羧酸系减水剂(PCWR)。通过红外光谱、核磁共振、X 射线衍射和扫描电镜测试表征了其分子结构和形态，证明 PCWR 已成功引入羟丙基基团和羧基基团。测定了 PCWR 的取代度、吸附性能、水泥浆体流变行为以及水泥净浆和混凝土性能，并在此基础上分析了其增稠和减水的作用机理。结果表明：PCWR 的醚化取代度越大，增稠效果越好，而酯化取代度越大，其在水泥颗粒表面的吸附量越大，对水泥浆体的分散性越好；与普通萘系减水剂相比，PCWR 的减水效果更好，并且能更好地改善混凝土状态。
关键词：麦芽糊精；醚化；羧基化；流变；减水剂
中图分类号：TU528 文献标志码：A
文章编号：0454–5648(2017)11–1658–07
网络出版时间：2017–10–09 13:56:00
网络出版地址：
http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2310.TQ.20171009.1356.006.html
收稿日期：2017–03–01。
修订日期：2017–06–01。
基金项目：
国家自然科学基金(51408271；51508243)；
国家重点研发计划(2017YFB0310102)资助项目。
第一作者：吴井志(1986—)，男，硕士，工程师。
通信作者：冉千平(1973—)，男，博士，教授。
前言
混凝土作为目前用量最大的一种建筑材料，已广泛用于工业与民用建筑以及各大工程中[1]。随着 现代工程技术的发展，混凝土高流动性设计与长距离运输已成为主要的发展方向。减水剂是实现混凝土高流动性不可缺少的外加剂，目前使用最多的是萘系减水剂，还有脂肪族减水剂、氨基减水剂和聚羧酸减水剂[2]等。它们具有较大的减水率，尤其是聚羧酸减水剂，其减水率最大。但是在实际应用过程中也会带来一些问题，如在混凝土的拌合过程中，由于骨料和细颗粒的沉降，导致混凝土和易性不好， 出现泌水、离析现象，严重影响工作。为解决上述问题，一般都会通过增加增稠剂来增加混凝土浆体黏度。但是增稠剂加入量过大，混凝土的流动性变差，加入量过小，抗泌水、离析程度不明显。因此关键问题是如何解决混凝土的流动性与抗泌水离析性之间的矛盾。
淀粉作为一种来源广泛、价格低廉的可持续环保型材料，已被国内外学者越来越多地引入到混凝土外加剂的合成研究中。这些工作包括对淀粉基材料的减水性能、流变调节性能、保水性能的研究[3–8]。 麦芽糊精是一种低程度的淀粉水解产物，它是淀粉通过酶或酸处理产生的包括一系列低聚糖和多糖的降解产物[9]。不同葡萄糖值的麦芽糊精具有不同的功能性质，如溶解性、增稠性、耐酸耐盐性等[10]。
以麦芽糊精为原料，利用化学改性方法将其进行醚化改性后，再在其分子上引入羧基基团，制备出一种新型聚羧酸系减水剂。它具有高效减水效果的同时还具有一定的增稠效果，能够较好地解决混凝土的流动性与抗泌水离析性之间的问题。
结论
1) 以麦芽糊精为原料，经过醚化改性和羧基化改性后，合成了一种新型聚羧酸系减水剂。红外光谱和核磁谱均表明，合成产物结构中含有羟丙基基团和羧基基团。
2) 当醚化取代度越大时，PCWR 的增稠效果越好；当酯化取代度越大时，PCWR 对水泥颗粒的分散性越好。
3) 与普通萘系减水剂相比，PCWR 在具有较好减水效果的同时，还能较好的改善混凝土的和易性，在混凝土较大坍落扩展度的情况下未出现泌水、离析现象。
4) 由于羟丙基基团的引入，增大了麦芽糊精分子链间距，使得更多的自由水能与麦芽糊精分子间形成氢键，从而对浆体达到增稠作用。
5) 由于羧基基团的引入，使 PCWR 分子带上负电荷，吸附在水泥颗粒表面，并且麦芽糊精分子本身具有一定的空间位阻，因此具有减水作用。
文中部分插图
本篇文章来源于微信公众号: 硅酸盐学报
