聚羧酸系減水劑的合成及其結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)性研究.pdf

1、聚羧酸系高性能減水劑(PC)屬于一種陰離子型表面活性劑,具有高減水、高分散、高保坍和優(yōu)異的增強(qiáng)性能,已廣泛受到混凝土工程界的青睞與重視。針對(duì)混凝土外加劑行業(yè)生產(chǎn)中所需減水劑的性能與要求,開(kāi)發(fā)新型的聚羧酸系減水劑依然是研究的熱點(diǎn)之一。本文主要對(duì)聚羧酸系減水劑進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在分子結(jié)構(gòu)中引入羧基、磺酸基、羥基、聚氧乙烯基等功能性基團(tuán),合成了一種新型聚羧酸高性能減水劑(RPC)。文中探討了RPC的合成方法,結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,并研究了減水

2、劑對(duì)水泥漿體水化歷程的影響。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1.減水劑的合成工藝及聚合條件研究:
　　 以丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸鈉(MAS)、馬來(lái)酸酐改性β-環(huán)糊精(MAH-β-CD)和烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)為原料,以過(guò)硫酸銨((NH4)2S2O8)為引發(fā)劑,通過(guò)自由基共聚合合成了新型聚羧酸高性能減水劑。通過(guò)紅外光譜、核磁共振光譜和凝膠滲透色譜表征了產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量。采用正交設(shè)計(jì)法和單因素變量法,

3、確定了最佳的單體配比和合成工藝條件:AA、MAS、MAH-β-CD和APEG的最佳摩爾比為5:0.5:0.1:1,引發(fā)劑用量為活性聚合單體總質(zhì)量的5%,采用單體和引發(fā)劑分別滴加法在90℃反應(yīng)5h。在最佳合成工藝條件下,用GPC測(cè)得減水劑的相對(duì)分子質(zhì)量為1.2×105。
　　 2.減水劑結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究:
　　 聚羧酸系高性能減水劑的分子結(jié)構(gòu)一般都有一定的規(guī)律,即:以丙烯酸為聚合主鏈,在聚合物主鏈上引入一定比例的活性陰離

4、子基團(tuán),如羧基、磺酸基等用來(lái)提供靜電斥力;聚合物主鏈上還接枝有不同長(zhǎng)度、不同數(shù)量的聚氧乙烯醚(PEO)側(cè)鏈,分子成梳型結(jié)構(gòu),用來(lái)提供空間位阻斥力;通過(guò)調(diào)整聚合物主鏈上各基團(tuán)的相對(duì)比例、側(cè)鏈的長(zhǎng)短及數(shù)量,以此達(dá)到結(jié)構(gòu)平衡的目的。以此理論為基礎(chǔ),通過(guò)水泥凈漿流動(dòng)度、吸附量和zeta電位(ζ電位)的測(cè)試,探討了減水劑結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:減水劑的分散性能隨其分子結(jié)構(gòu)中的磺酸基、MAH-β-CD側(cè)鏈含量的增加而增強(qiáng),隨羧基含量和聚醚

5、側(cè)鏈長(zhǎng)度的增加先增強(qiáng)后變差。當(dāng)RPC摻量為0.2%時(shí),其在水泥顆粒表面上的吸附量為1.5mg/g,水泥漿體的ζ電位為-4.5mV,并且吸附量和ζ電位都隨減水劑摻量的增加而增加。吸附量和ζ電位實(shí)驗(yàn)表明,聚羧酸高效減水劑的減水作用主要靠PEO側(cè)鏈的空間位阻斥力。RPC的應(yīng)用試驗(yàn)表明,當(dāng)摻量為0.2%、水灰比為0.29時(shí),減水率為33.5%,1h混凝土坍落度保留值為218mm,初凝和終凝時(shí)間分別達(dá)到了365min和435min。
　　

6、 3.減水劑對(duì)水泥漿體水化歷程的影響研究:
　　 以普通硅酸鹽水泥為原料,采用FT-IR、DSC-TG、XRD和SEM等多種測(cè)試評(píng)價(jià)方法,研究了聚羧酸系高性能減水劑對(duì)水化歷程、水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)演變的影響,并探討了水泥水化機(jī)理。研究表明,新型聚羧酸減水劑可明顯延緩水泥漿體的早期水化進(jìn)程和改善水化產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu),降低初始水化產(chǎn)物鈣礬石(Aft)的生成與生長(zhǎng),促進(jìn)7天后氫氧化鈣(CH)、水化硅酸鈣(C-S-H)凝膠等水化產(chǎn)物的快速生長(zhǎng),更有