高性能聚羧酸系减水剂的制备和性能研究

摘要

随着基础建设的发展，混凝土需求量快速增长。混凝土是当今世界上用量最大的人工建筑材料。2014年我国水泥产量为24.8亿吨，约占世界水泥总产量的80％以上，用这些水泥可配置80亿立方米的混凝土。减水剂是混凝土外加剂的主要种类之一，已成为现代混凝土材料不可或缺的重要组分，其发展也受到了广泛关注。它通过静电斥力与空间位阻作用来破坏水泥浆初期水化形成的絮凝结构，释放包裹在其中的游离水分，使水泥浆的流动性加大。所以它能减少混凝土的拌合用水量，同时保证混凝土拌合物具有理想的流变性能。减水剂对水泥颗粒的分散作用，促进了水泥的水化，从而也改善了硬化混凝土的一系列技术性能。
　　作为第三代减水剂产品的聚羧酸系高性能减水剂不仅减水率高，而且具有掺量低，新拌混凝土坍落度保持能力好，硬化混凝土收缩小，碱含量低、无氯和清洁环保等特点，适合配置高性能混凝土。从而受到业内人的青睐，也代表着混凝土减水剂今后发展的方向。近十多年来，国内聚羧酸系减水剂技术迅速发展，但仍处于方兴未艾的初级阶段。聚羧酸系高性能减水剂制备、性能与应用等诸多方面的课题都需去探索和研究。本论文课题着重聚羧酸系高性能减水剂制备方面的开发研究。
　　本课题利用丙烯酸(AA)聚合形成主链。甲基烯基聚氧乙烯醚(TPEG-2400)与甲基丙烯磺酸钠(MAS)等单体作为侧链。通过正交试验与单因素分析，确定的合成的最佳工艺是:(1)n(TPEG)∶n(AA)∶n(HGA)∶n(H2O2)∶n(VC)=1∶4.20∶0.13∶0.03∶0.23，反应温度为30℃，滴加反应时间为4h，中和得到的样品具有较高的减水率。折固掺量为0.2％时，水泥净浆初始流动度达到307mm，减水率达到49.14％，各龄期抗压比均超过210％。(2)n(TPEG)∶n(AA)∶n(MAS)∶n(APS)=1∶2.0∶0.06∶0.20，反应温度为60℃，滴加反应时间为4h。中和得到的样品具有较好的保坍性。折固掺量为0.2％时，水泥净浆初始流动度与水泥净浆1h流动度分别为294mm、296 mm，减水率达到35.02％，各龄期抗压比均超过220％。通过红外光谱分析(IR)对合成产物的分子结构进行研究。利用凝胶渗透色谱(GPC)来确定产物的分子量相关信息。吸附量测定试验、起泡试验等进一步分析了聚羧酸系减水剂的作用机理。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．1．1 混凝土外加剂

1．1．2 减水剂

1．1．3 聚羧酸系减水剂

1．2 聚羧酸系减水剂的国内外研究与应用现状

1．2．1 国内聚羧酸系减水剂的研究与应用现状

1．2．2 国外聚羧酸系减水剂的研究与应用现状

1．3 研究的目的

1．4 主要研究内容

1．5 主要研究路线

第2章 原材料和试验方法

2．1 原材料

2．2 仪器设备

2．3 合成方法

2．4 测试方法

2．4．1 水泥净浆流动度及流动度保持性试验方法

2．4．2 减水剂的起泡测定试验方法

2．4．3 紫外-可见分光光度法测定水泥对减水剂的吸附试验方法

2．4．4 砂浆扩展度试验方法

2．4．5 混凝土性能检测方法

2．4．6 减水剂分子结构表征试验方法

第3章 PC-JS型减水剂的合成试验

3．1 PC-JS型减水剂的合成试验的方案

3．2 正交试验的极差分析

3．3 试验的方差分析

3．4 试验结果的PP投影回归分析

3．5 单因素影响机理分析

3．5．1 AA掺量对水泥净浆流动度的影响

3．5．2 TGA掺量对水泥净浆流动度的影响

3．5．3 H2O2掺量对水泥净浆流动度的影响

3．5．4 VC掺量对水泥净浆流动度的影响

3．6 合成工艺优化

3．6．1 不同水质对PC-JS型减水剂分散性能的影响

3．6．2 不同温度对PC-JS型减水剂分散性能的影响

3．6．3 不同链转移剂对PC-JS型减水剂分散性能的影响

3．6．4 不同大单体对PC-JS型减水剂分散性能的影响

3．7 本章小结

第4章 PC-BT型减水剂的合成试验

4．1 PC-BT型减水剂的合成试验的方案

4．2 正交试验的极差分析

4．3 正交试验的方差分析

4．4 试验结果的PP投影回归分析

4．5 单因素影响机理分析

4．5．1 AA掺量对水泥净浆流动度的影响

4．5．2 APS掺量对水泥净浆流动度的影响

4．5．3 MAS掺量对水泥净浆流动度的影响

4．6 合成工艺优化

4．6．1 温度对PC-BT型减水剂分散性能的影响

4．6．2 反应时间对PC-BT型减水剂分散性能的影响

4．7 本章小结

第5章 性能试验与结构表征

5．1 比色管法测定减水剂的起泡性能试验

5．2 紫外-可见分光光度法测定水泥对减水剂的吸附试验

5．3 砂浆扩展度试验

5．4 混凝土性能试验

5．4．1 PC-JS型减水剂配制的混凝土性能试验

5．4．2 PC-BT型减水剂配制的混凝土性能试验

5．5 减水剂分子结构表征

5．5．1 红外光谱分析(IR)

5．5．2 凝胶渗透色谱分析(GPC)

5．6 本章小结

第6章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简历