保坍型醚类聚羧酸减水剂的合成及其性能研究

发布时间：2017-05-11 19:16

  本文关键词：保坍型醚类聚羧酸减水剂的合成及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚羧酸减水剂是继萘系等高效减水剂之后兴起的新一代高性能减水剂，具有低掺量、高减水率、高保坍性、生产应用绿色化等特点，可配制高强度、高流动性、高工作性和高耐久性混凝土，以满足各种施工条件下对高性能混凝土的要求。近年来，随着国家对建设可持续发展的要求，聚羧酸减水剂不断在重点工程与民用工程中推广与应用，并且有望在未来5年内占据减水剂市场，其代表了混凝土外加剂材料最先进技术的产品，是化学外加剂研究开发的重点。 聚羧酸减水剂由多种不饱和单体经自由基反应聚合而成，故可根据分子设计的原理，通过选用不同原料和配比，改变反应工艺等，获得不同分子结构性能优异的聚羧酸减水剂。本文以EO聚合度为45的烯丙基聚乙二醇醚（APEG）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、顺丁烯二酸酐(MAL)、丙烯酸(AA)为共聚单体，以过硫酸铵(APS)为引发剂，在水溶液中通过一定工艺进行自由基共聚，合成了聚羧酸系高性能减水剂。本文研究了不同聚合浓度、聚合温度和不同单体的配比对聚羧酸减水剂分散性能的影响，通过设计L9(34)正交试验获得了最优合成工艺，考察了添加不同助剂对聚羧酸减水剂在水泥净浆中分散保持性能与混凝土中保坍性能的影响。并进一步研究了以上合成条件下对PC引气性能与吸附性能的影响。 研究表明，通过调整单体配比可以获得最佳分散性能的聚羧酸减水剂HX-PC。即在聚合浓度为40~50%，聚合温度为80℃条件下，单体摩尔比为nAPEG:nAMPS:nAA:nMAL=1:0.12:3:2.4，引发剂APS用量为单体总质量的2%，在水灰比为0.29，掺量为0.2%的条件下净浆流动度为255mm，30min经时流动度为243mm，具有较好的分散与分散保持性能。 针对合成的HX-PC在混凝土中应用的和易性与保坍性差，实验测定了HX-PC与助剂P、G与T复配应用到水泥净浆中对PC分散保持性能的影响，结果表明，三种助剂改善PC分散保持性能的大小依次为P、G与T；同时可知，在水灰比为0.29，PC掺量为0.2%条件下，助剂G的合理掺量为5%（占PC的质量百分数），助剂T5%，助剂P4%。HX-PC与助剂G、T、A与P复配应用到混凝土中得知，各个助剂改善混凝土的和易性依次为：P，A，T与G，复配助剂P可明显改善混凝土坍落度损失。通过添加3%T，1%A与6%P复配于PC中，可以使应用到混凝土中的PC具有较佳的和易性与保坍性能，，此时PC掺量为0.21%。 实验研究了聚羧酸减水剂引气性能及对水泥凝结时间的影响，结果表明，实验合成的PC均具有一定的引气性，其中不同聚合浓度条件下合成的PC引气性能最佳，不同APEG用量条件下合成的PC具有最佳的稳泡性能，在=1.0:0.64时，此时PC引气性能最佳，延缓水泥终凝时间46min. PC在水泥颗粒表面的吸附动力学研究表明：吸附动力学过程符合Lagergren吸附速率方程，吸附速率常数k=0.01594min~(-1)(30℃)，表观活化能Eα=17.9647kJ·mol~(-1)。PC在水泥颗粒表面的吸附热力学研究表明：随着温度的升高，PC在水泥颗粒表面吸附量增大，求得热力学参数分别为ΔHad=-24.788kJ·mol~(-1)，ΔSad=0.050kJ·mol~(-1)·K~(-1)，-39.886kJ·mol~(-1)(30℃)；吸附过程是个自发、放热的熵增过程。XPS结果表明：随着温度的升高，PC在水泥颗粒表面上的吸附层厚度增加，与吸附量测定结果是相符的。
【关键词】：聚羧酸减水剂 分散性能 保坍性能 引气性能 吸附性能
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU528.042.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 概述12-31
• 1.1 混凝土减水剂研究概述12-22
• 1.1.1 混凝土减水剂发展概述12
• 1.1.2 混凝土减水剂的分类12-19
• 1.1.3 混凝土减水剂的作用19-20
• 1.1.4 混凝土减水剂的减水分散作用机理研究概述20-22
• 1.2 聚羧酸减水剂的研究与应用22-28
• 1.2.1 聚羧酸减水剂的合成工艺研究进展22-24
• 1.2.2 聚羧酸减水剂的作用机理研究进展24-25
• 1.2.3 聚羧酸减水剂的应用研究进展25-26
• 1.2.4 聚羧酸减水剂的主要存在问题及发展展望26-28
• 1.3 本论文的研究意义和内容28-31
• 1.3.1 研究背景和意义28-29
• 1.3.2 本文的主要研究内容29
• 1.3.3 论文创新点29-31
• 第二章 实验技术与测试方法31-40
• 2.1 主要实验仪器与原材料31-32
• 2.1.1 实验仪器31
• 2.1.2 合成实验用原材料31-32
• 2.1.3 性能测试用原材料32
• 2.2 反应流程及实验仪器32-34
• 2.2.1 聚羧酸减水剂的合成反应原理32-33
• 2.2.2 聚羧酸减水剂合成反应流程图33-34
• 2.2.3 主要反应装置图34
• 2.3 特性粘度测定34-35
• 2.4 聚羧酸减水剂应用性能测试35-36
• 2.4.1 水泥净浆流动度测试35
• 2.4.2 水泥净浆分散保持性能测试35
• 2.4.3 混凝土拌合物工作性能的检测方法35
• 2.4.4 混凝土力学性能检测方法35-36
• 2.5 比色管法测定减水剂的起泡性能36
• 2.6 水泥浆体标准稠度与凝结时间测定方法36
• 2.7 水泥颗粒粒度分布及孔径分析36
• 2.8 快速比表面及孔隙率测定仪（ASAP）分析36
• 2.9 凝胶渗透色谱(GPC)测试36-37
• 2.10 PC 羧基含量和磺酸基含量的测定37
• 2.11 总有机碳（TOC）分析测试37-38
• 2.12 PC 在水泥颗粒表面吸附量的测定38
• 2.13 吸附膜厚度的 X-光电子能谱（XPS）测试38-40
• 第三章 聚羧酸减水剂的合成及其保坍性能研究40-63
• 3.1 聚合浓度对 PC 分散与分散保持性能的影响40-42
• 3.2 聚合温度对 PC 分散与分散保持性能的影响42-44
• 3.3 单体用量对 PC 分散与分散保持性能的影响44-54
• 3.3.1 AMPS 用量对 PC 分散与分散保持性能的影响44-46
• 3.3.2 APS 用量对 PC 分散与分散保持性能的影响46-48
• 3.3.3 AA 用量对 PC 分散与分散保持性能的影响48-50
• 3.3.4 MAL 用量对 PC 分散与分散保持性能的影响50-52
• 3.3.5 APEG 用量对 PC 分散与分散保持性能的影响52-54
• 3.4 聚羧酸减水剂的正交实验设计54-57
• 3.4.1 正交实验设计原理54-55
• 3.4.2 正交实验方案设计与结果55-57
• 3.5 聚羧酸减水剂 HX-PC 产品的基本结构特征57
• 3.6 HX-PC 与助剂复配性能研究57-62
• 3.6.1 HX-PC 与助剂复配在水泥净浆中的应用57-59
• 3.6.2 HX-PC 与助剂复配在混凝土中的应用59-62
• 3.7 本章小结62-63
• 第四章 聚羧酸减水剂的引气性能研究63-70
• 4.1 聚合浓度对 PC 引气性能的影响63-64
• 4.2 聚合温度对 PC 引气性能的影响64
• 4.3 单体用量对 PC 引气性能的影响64-69
• 4.3.1 AMPS 用量对 PC 引气性能的影响65
• 4.3.2 APS 用量对 PC 引气性能的影响65-66
• 4.3.3 AA 用量对 PC 引气性能的影响66-67
• 4.3.4 MAL 用量对 PC 引气性能的影响67-68
• 4.3.5 APEG 用量对 PC 引气性能的影响68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附性能研究70-83
• 5.1 水泥颗粒的物理化学性能分析70
• 5.2 单体用量对 PC 吸附性能的影响70-74
• 5.2.1 AMPS 用量对 PC 吸附性能的影响70-71
• 5.2.2 APS 用量对 PC 吸附性能的影响71-72
• 5.2.3 AA 用量对 PC 吸附性能的影响72-73
• 5.2.4 MAL 用量对 PC 吸附性能的影响73-74
• 5.2.5 APEG 用量对 PC 吸附性能的影响74
• 5.3 HX-PC 在水泥颗粒表面的吸附动力学研究74-77
• 5.4 HX-PC 在水泥颗粒表面的吸附热力学研究77-82
• 5.4.1 HX-PC 在水泥颗粒表面吸附等温线的测定77-78
• 5.4.2 HX-PC 在水泥颗粒表面吸附模型的拟合78-80
• 5.4.3 HX-PC 在水泥颗粒表面吸附的热力学分析80-81
• 5.4.4 利用 XPS 测定不同温度下 HX-PC 在水泥颗粒表面的吸附层厚度81-82
• 5.5 本章小结82-83
• 结论与展望83-86
• 参考文献86-94
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果94-95
• 致谢95-96
• 附件96

【参考文献】

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本文编号：357908