功能型聚羧酸减水剂的合成及其性能研究

发布时间：2020-07-05 02:14

【摘要】：减水剂是众多混凝土外加剂中研究最多,应用也最为广泛的一种外加剂,自问世以来,经过数十年的发展,已经从最初的第一代木质素系减水剂,经过第二代萘系减水剂发展到如今最新的第三代聚羧酸减水剂,倾注无数科学工作者的心血。相比于第一代与第二代减水剂,聚羧酸减水剂由于其较低的掺量、优异的分散性能以及结构可设计性等方面的特点,成为混凝土外加剂行业研究的重点,不仅如此,在我国环境问题日益突出的背景之下,聚羧酸减水剂的在环保方面的优势也让其成为减水剂行业内的娇宠。相比于其他类型的减水剂,聚羧酸减水剂虽然存在很多的优势,但是在其发展的整个过程中也凸显出很多的问题,例如温敏性过高,对材料适应性较差,可聚合单体过少,性能不稳定(例如保坍性能差,强度不足)等劣势亟待研究学者进一步探究。本论文针对聚羧酸减水剂在性能方面存在的问题,开发出两种新型聚羧酸减水剂小单体APL以及PHS,并通过自由基聚合成功将其接枝到聚羧酸减水剂主链结构中,成功合成功能型聚羧酸减水剂APL保坍型聚羧酸减水剂以及PHS早强型聚羧酸减水剂,主要工作内容如下:1、使用丙烯酰氯以及丙氨酸为原料,通过酰胺化反应合成新型聚羧酸减水剂单体APL,然后通过自由基聚合将新型聚羧酸减水剂单体APL,以丙烯酸AA,APL为小单体,TPEG-2400为大单体,成功合成APL改性聚羧酸减水剂APL-PCE。然后以水泥净浆流动为考察指标,分别从反应温度、引发剂量、链转移剂量以及APL的引入量角度探究其对聚羧酸减水剂性能的影响,探究其最佳的改性条件。研究结果表明,当TPEG-2400与AA的摩尔比为1:3,反应温度为65摄氏度,反应时间(滴加时间)为120mins,链转移剂的用量为0.4wt.%,氧化剂过氧化氢的用量为1.6wt.%,氧化剂与还原剂的质量比为3:1,APL的引入量为6wt.%时,改性后的聚羧酸减水剂分散性能最好,其初始静浆流动度可以达到330mm,90mins内的静浆流动度损失仅为30mm。紧接着选用连镇铁路C50隧道管廊混凝土配比来做石块来比较混凝土的各项性能指标,比较APL-PCE在具体实践应用中情况。结果表明,APL-PCE的减水率较一般的市售聚羧酸减水剂要高出3.4个百分点,其稳定性不如一般市售聚羧酸减水剂,在制作C50隧道管廊混凝土过程中发现其泌水率要高于一般市售聚羧酸减水剂,并最终导致其凝结时间延长,后期强度跟不上,通过降低APL-PCE在C50隧道管廊混凝土中的掺量,发现其泌水率符合C50隧道管廊混凝土的要求,且其坍落度保持性明显增强。2、将PHS接枝到聚羧酸减水剂的主链结构当中,合成PHS早强型聚羧酸减水剂 PHS-PCE。并从 n(AA+PHS)/n(TPEG)、n(AA)/n(PHS)、H2O2 用量/wt.%、链转移剂用量/wt.%四个因素水平,通过正交实验法探究其对混凝土 3天、7天、28天早期强度的影响,确定PHS-PCE的最佳合成条件。正交实验分析表明,当 n(AA+PHS)/n(TPEG)=7.0,n(AA)/n(PHS)=3.0,H2O2用量为 1.2wt.%,链转移剂的用量为l.0wt.%,合成的PHS-PCE综合性能最好,混凝土 3天强度可达到42.9MPa,混凝土 7天强度可达到53.9MPa,混凝土 3天强度可达到59.8MPa。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528.042.2;TQ317
【图文】：

逑水泥微粒之间的斥力势能、引力势能以及水泥砂浆体系总势能随微粒之间的距离逡逑ｒ的变化关系如下图１．２所示：逡逑静电斥力ｖ逡逑极大值全电势能ｖ逡逑ｌｌ逡逑能邋／粒子间距＾逡逑＼Ｊ逡逑范德华引力Ｖ逡逑＾邋＼第一极小值逡逑图Ｌ２水泥砂浆分散体系电势能曲线逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ邋ｐｏｔｅｎｔｉａｌ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋Ｃｅｍｅｎｔ邋ｐａｓｔｅ邋ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑从上图１．２中分析看出：水泥砂浆体系的总势能心存在某个峰值（ｌ＾ａ），逡逑当水泥微粒克服体系的峰值Ｋｎａ，那么水泥砂浆将会出现絮凝现象，不利于水泥逡逑砂浆的分散，据此可以推出，心ａｘ越小，分散稳定性越差［２４］。为预防絮凝结构的逡逑生成，就有必要提升整个混凝土拌合物体系的峰值。静电斥力理论学说认为，逡逑当聚羧酸减水剂分子中的阴离子基团（羧基、磺酸基）吸附在水泥微粒表面时，逡逑其聚醚侧链会在水泥微粒表面展开并构成“双电层”，整个水泥砂浆分散体系的逡逑Ｚｅｔａ电位将会上升，从而提高了混凝土拌合物体系峰值Ｋｍａｚ［２５－２６］。逡逑（水泥颗粒［（水泥颗粒Ｆ逡逑、：逡逑图１．３水泥浆胶体双电层示意图逡逑Ｆｉｇｌ．３邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋Ｃ

式１．２中势能＆以及＾的大小均随混凝土拌合物体系中水泥微粒之间的距逡逑离ｒ的改变而作出相应的改变。我们可以利用混凝土拌合物体系的总势能与混凝逡逑土拌合物体系中水泥微粒之间的平均距离ｒ的关系曲线（如图１．３所示）就能够逡逑有效地预计整个混凝土拌合物体系的稳定性。从下图１．３中可以推断出：依据空逡逑间位阻效应可知的混凝土拌合物体系的总体势能曲线具有一个最低势能峰匕＾ｎ。逡逑的大小与大单体的分子量密切相关，当大单体的分子量越大，其最低势能峰逡逑的值越来越小，混凝土拌合物体系的稳定性从而越高［２８＿３（）］。逡逑Ｖｔ逡逑图１．４混凝土拌合物总势能与水泥微粒间距的关系曲线逡逑Ｆｉｇｌ．４邋Ｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｃｕｒｖｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｐｏｔｅｎｔｉａｌ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ａｎｄ邋ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｄｉｓｔａｎｃｅ逡逑根据空间位阻作用机理的解释，当混凝土拌合物体系中水泥微粒逐渐靠逡逑近时，水泥微粒表面的双电层厚度呈现增大的趋势，随着侧链聚醚的分子量逡逑逐渐增大，其形成的空间位阻效应也就越明显，对应的整个体系的分散性也逡逑就越好。静电斥力作用与侧链聚醚或聚酯结构构成的空间位阻相互协同，共逡逑同促进，形成稳定的水泥砂浆分散体系［３１］。此外，由于水泥砂浆呈碱性，具逡逑有聚酯结构的聚羧酸减水剂容易水解成羧基结构

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张方财;李崇智;翟翼

本文编号：2741930