马来酸系三元共聚物高效混凝土减水剂的制备与性能

摘要

混凝土减水剂是混凝土常用的外加剂之一，可以在保持坍落度基本相同的条件下，大幅度减少混凝土拌合用水量，使混凝土在运输和施工的过程中始终具有良好的和易性。传统混凝土减水剂主要分为木质素磺酸盐类、三聚氰胺类和萘磺酸甲醛缩合物类，均存在减水率较低、混凝土坍落度损失过快等不足。而高效混凝土减水剂具有在低掺量下能发挥高分散性、减水率较高和安全环保等优势，近年来己成为混凝土减水剂领域的研究热点。目前国内主要偏向于（甲基）丙烯酸系高效混凝土减水剂的研究，但在制备（甲基）丙烯酸聚乙二醇单酯大单体的过程中，反应条件较难控制，且在合成时需使用甲苯做带水剂，反应结束后与溶剂不容易分离，体系中残留的甲苯会使合成的混凝土减水剂难以满足与环境和谐相处的可持续发展要求。本研究制备了马来酸聚乙二醇单甲醚单酯(MAMPEG)大单体及两种马来酸系高效混凝土减水剂，对其合成反应条件及减水性能进行了研究，具体研究内容如下:
　　(1)以马来酸酐(MA）与聚乙二醇单甲醚(MPEG)为原料通过酯化反应制备马来酸聚乙二醇单甲醚单酯(MAMPEG)大单体，通过单因素对比及正交试验确定MAMPEG的最佳合成反应条件。结果表明:最佳合成反应条件为n(MA)∶n(MPEG)=1.6∶1.0，催化剂用量为马来酸酐质量的4.4％，反应温度为80℃，反应时间为7.5h。在最佳合成反应条件下，MPEG的酯化率达98.59％。
　　(2)以马来酸聚乙二醇单酯(MAPEG1000)、丙烯酸羟乙酯(HEA)和甲基丙烯磺酸钠(SMAS)为原料通过共聚反应制备三元(MAPEG-HEA-SMAS)共聚物高效混凝土减水剂。考察反应条件对混凝土减水剂性能的影响，以GPC测定混凝土减水剂的相对分子质量及其分布，研究混凝土减水剂对不同品种水泥的适应性。结果表明:当n(MAPEG1000)∶n(HEA)∶n(SMAS)=1.0∶1.0∶0.5，引发剂用量为单体总质量的2.5％，聚合反应温度为88℃，混凝土减水剂掺量为0.45％时，水泥净浆初始流动度达308mm;GPC分析显示，在最佳反应条件下合成的混凝土减水剂平均分子量(Mn)=7752，分散系数(Mw)/(Mn)=2.091;混凝土减水剂对本地区常用的三种水泥的适应性均较好，能满足混凝土拌合要求。
　　(3)以马来酸聚乙二醇单甲醚单酯（MAMPEG1000）、N-羟甲基丙烯酰胺（HAM）和烯丙基磺酸钠(SAS)为原料通过共聚反应制备三元（MAMPEG-HAM-SAS）共聚物高效混凝土减水剂。考察反应条件对混凝土减水剂性能的影响，以GPC测定混凝土减水剂的相对分子质量及其分布，研究混凝土减水剂对不同品种水泥的适应性。结果表明:当n(MAMPEG1000)∶n(HAM)∶n(SAS)=1.0∶1.0∶1.0，引发剂用量为单体总质量的5％，聚合反应温度为78℃，混凝土减水剂的掺量为0.70％时，水泥净浆初始流动度达319mm;GPC测试表明，在最佳反应条件下合成的混凝土减水剂平均分子量(Mn)=6311，分散系数(Mw)/(Mn)=2.204;混凝土减水剂对本地区常用的三种水泥的适应性良好，使用范围较为广泛。
　　(4)将上述自制的两种混凝土减水剂与市售的萘系混凝土减水剂进行比较，结果表明自制混凝土减水剂的性能明显优于萘系混凝土减水剂。在掺量相同的条件下，自制混凝土减水剂具有良好的分散性及分散保持性，水泥净浆流动度在2h内基本无损失;SEM分析结果表明，掺入自制混凝土减水剂后，水泥石中的大孔比率下降，结构更加密实，有利于提高水泥石的强度和耐腐蚀性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 高效混凝土减水剂的概述

1．1．1 高效混凝土减水剂的涵义

1．1．2 高效混凝土减水剂的发展阶段及分类

1．1．3 高效混凝土减水剂的特点

1．1．4 我国高效混凝土减水剂的市场现状与发展前景

1．1．5 我国高效混凝土减水剂现存的问题

1．2 国内外高效混凝土减水剂的研究状况

1．2．1 国内高效混凝土减水剂的研究状况

1．2．2 国外高效混凝土减水剂的研究状况

1．3 高效混凝土减水剂的作用机理

1．4 高效混凝土减水剂的分子结构对性能的影响

1．5 酯化大单体的制备方法

1．6 高效混凝土减水剂的制备方法

1．7 研究目的及内容

1．7．1 研究目的

1．7．2 研究内容

2 酯化大单体的制备

2．1 实验原料及仪器

2．2 实验步骤

2．2．1 制备大单体

2．2．2 测定醋化率

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 MPEG分子链长对酯化率的影响

2．3．2 催化剂用量对酯化率的影响

2．3．3 酸醇摩尔比对醑化率的影响

2．3．4 反应温度对醇化率的影响

2．3．5 反应时间对酯化率的影响

2．3．6 正交试验设计

2．3．7 酯化大单体的红外表征

2．4 本章小结

3 三元MAPEG-HEA-SMAS共聚物高效混凝土减水剂的制备与性能

3．1 实验原料及仪器

3．2 实验步骤

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 合成反应条件的讨论

3．3．2 最佳反应条件下合成的高效混凝土减水剂的结构分析与性能测定

3．3．3 自制混凝土减水剂与市售萘系混凝土减水剂的性能对比

3．4 本章小结

4 三元MAMPEG-HAM-SAS共聚物高效混凝土减水剂的制备与性能

4．1 实验原料及仪器

4．2 实验步骤

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 合成反应条件的讨论

4．3．2 最佳反应条件下合成的高效混凝土减水剂的结构分析及性能测定

4．3．3 自制混凝土减水剂与市售萘系混凝土减水剂的性能对比

4．4 本章小结

5 结论

5．1 总结

5．2 创新点

5．3 展望

致谢

参考文献

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