聚羧酸系高效减水剂的改性合成及应用研究

发布时间：2020-10-31 03:40

　　 减水剂是混凝土不可或缺的组分之一,而聚羧酸系高效减水剂(PCEs)作为新一代减水剂,因其减水率高、掺量低、分子结构可设计性强等特点,目前已成为国内外混凝土外加剂行业研究的热点。PCEs对水泥起分散作用主要是通过减水剂的主链上羧酸基团和水泥中的Ca2+发生螯合作用吸附在水泥颗粒表面,聚乙二醇侧链能够提供较大的空间位阻来分散水泥颗粒。因PCEs对骨料中的粘土有很强的敏感性,其减水性能与蒙脱土投加量之间的科学关系需要探明。随着科技的进步和快速施工的需求,混凝土的浇筑方式由传统的吊筑施工转变为管道输送,如何获取管道输送过程中的实时信息也是一个亟需解决的问题。本论文通过合成不同侧链长度和不同羧酸密度的系列PCEs,研究其侧链长度对其分散性能、分散保持性能和对粘土敏感性的影响,将筛选出来较优性能的减水剂进一步改性;并用Zeta电位、总有机碳(TOC)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等表征方式研究了 PCEs的分散性能及减水机理。主要内容如下:(1)将不同分子量的烯丙氧基聚乙烯氧基单醚(APEG)和丙烯酸(AA)在引发剂的作用下进行自由基聚合,合成了侧链长度和羧酸密度有差异的系列PCEs。通过对同一侧链长度、不同的羧酸密度结构的PCEs进行净浆流动度测试,筛选出一种有较优分散性能的PCEs。再将每个侧链长度有较优性能的减水剂进行比较,考察了不同侧链长度对减水剂的分散性能、分散保持性能和对粘土的敏感性的影响。通过TOC、Zeta电位和XPS分别测量减水剂和水泥的吸附量、电位变化和吸附层厚度,考察了减水剂在水泥颗粒上的吸附行为,用XRD和TOC分别考察了减水剂和蒙脱土的层间距和吸附量来探索其对粘土的耐受性。研究表明:较长侧链的PCEs有较优的分散性能,但其分散保持性能和对粘土的耐受性比较短侧链的PCEs要差。因此我们将筛选出综合性能较好有适度长度侧链的PCEs进一步改性,以期进一步提高其对水泥颗粒的分散能力。(2)磺酸基团和羧酸基团作用相似,都是通过和Ca2+发生作用进而锚固在水泥颗粒表面,较多的功能基团能增加水泥之间的吸附作用,进而改善其分散性能。将聚合度为10的APEG以尿素为催化剂和氨基磺酸进行反应,得到磺酸修饰的烯丙氧基聚乙烯氧基磺酸铵(APES)。将APES和丙烯酸进行自由基聚合得到APES10-3。分别测试其分散性,分散保持性和对粘土的敏感性,通过TOC、Zeta电位、XPS和XRD分析表征方法考察了 APES10-3与水泥以及蒙脱土之间的吸附行为以及APES10-3与蒙脱土之间的插层反应。结果表明:磺酸基团改性的APES10-3有效增加了其与水泥之间的吸附作用,具体体现在增大了两者的吸附量和吸附层厚度,因此改善了减水剂分散性能,但其分散保持性能和对粘土的敏感性较差。(3)为了将有较优综合性能的减水剂进一步的改性,合成了含有萘环且有荧光性的单体4-(N'-甲基-1-哌嗪基)-N-羟乙基-1,8-萘二甲酰烯丙基氯化铵,后面简称为单体N。将单体N、AA和APEG通过自由基聚合合成改性PCEsAPEG10-3-N,分别测试其分散性能、分散保持性能和对粘土的耐受性,通过TOC、Zeta电位、XPS和XRD分析表征方法考察了 APEG10-3-N与水泥以及蒙脱土之间的吸附行为以及APEG10-3-N与蒙脱土之间的插层反应。结果表明:APEG10-3-N有较好的保坍性,对粘土的耐受性也有所加强。同时,APEG10-3-N在较低浓度就有较好的荧光强度,可用于混凝土输送过程中的在线监测。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528.042.2;TQ317
【部分图文】：

ｓ??的侧链长度对粘土耐受性的影响。??（２）合成较大基团且有荧光性的单体４－?（Ｎ＇－甲基－１－哌嗪基）－Ｎ－轻乙基－１，??８－萘二甲酰烯丙基氯化铵，并通过ＦＴＩＲ和１Ｈ?ＮＭＲ等仪器表征其单体合成成功，??将上述单体Ｎ通过自由基聚合改性减水剂ＡＰＥＧ１０－３－Ｎ，表征合成成功后，测试??其性能，发现其有较好的保坍性，提高了对粘土的耐受性，测减水剂和水泥以及??粘土的吸附行为来表征其机理。很多领域经常用荧光性物质来实现在线监测，最??后用三维荧光来测试ＡＰＥＧ１０－３－Ｎ在不同浓度时的荧光强度。??（３）?ＰＣＥｓ的侧链结构对其分散性能起着决定性的作用，我们通过用氨基磺??酸和尿素对ＰＣＥｓ的侧链进行改性，对尾端接枝了磺酸基团的大分子单体和丙烯??酸通过自由基聚合合成新型减水剂ＡＰＥＳ１０－３，通过用磺酸基团代替羟基，促进??ＰＣＥｓ的多层吸附，增强其吸附作用。考察其基础性能，并用ＴＯＣ和ＸＰＳ测定??水泥和减水剂混合后的吸附量和吸附层厚度。最后考察了?ＡＰＥＳ１０－３对蒙脱土的??耐受性，并测定其和蒙脱土的吸附量以及蒙脱土的层间距变化来探索其机理。??本文的研究思路和路线如图１．７和１．８所示。??

图１．８本文的研究路线??Ｆｉｇ．?１．８?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｒｏｕｔｅｓ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｐａｐｅｒ??

本文系统考察不同侧链长度和不同接枝密度的减水剂对水泥净浆流动度的影响，??水灰比为０．２９，?ａ－ｄ图分别对应侧链ＰＥＯ聚合度分别为１０、２３、３５和５２的减水??剂。结果如图２．２所示。??ｊ?－？－ＡＰＥ〇Ｔ５３?Ｉ?＋ＡＰＥ０２＞３??，?＋ＡＰＥＧ■丨?０＞５?＾＋ＡＰＥＧ￣２＞５??－ｉ－ＡＰＥＧ－ｌ（ＭＯ?＾ｊ?１?．＞ＵＵ－?＿＾ＡＰｅｇ－２３－１０?ｚ??—｜??０．０?０．１?０２?０．３?０．４?０．５?０．０?０．１?０２?０．３?０．４?０．５??Ｄｏｓａｇｅ?（％?ｂ＞ｖｏｃ）?Ｄｏｓａｇｅ?（％?ｂｗｏｃ）??（ａ）?（ｂ）??３５〇ｔ??３５０－，???－？－ＡＰＥＧ－３５－３?．?－？－ＡＰＥＧ－５２－３??？ｙｙ）?■?ＡＰＥＧ－３５－５?？?Ｗｊ?？?ＡＰＥＧ－５２－５?＊—?Ｊｋ?＜?＾??一ＡＰＥＧ＾ＩＯ?？——＇?－＾－ＡＰＥＧ－５２－１０??ｔ?２５０－?—＾＾．５?百现：十?ＡＰＥＯＳ２？丨Ｓ??０．０?０．１?０２?０３?０．４?０５?０．０?０．１?０．２?０３?０．４?（Ｘ５??Ｄｏｓａｇｅ?（％?ｂｗｏｃ）?Ｄｏｓａｇｅ?（％?ｂｗｏｃ）??（ｃ＞?（ｄ）??图２．２水灰比为０．２９时，减水剂的净浆流动度测试：ａ：ＡＰＥＧ１０系列减水剂；ｂ：ＡＰＥＧ２３??系列减水剂；ｃ：ＡＰＥＧ３５系列减水剂；ｄ：ＡＰＥＧ３５系列减水剂。??Ｆｉｇ．２．２?Ｓｐｒｅａｄ?ｆｌｏｗ?ｏｆ?ｃｅｍｅｎｔ?ｐａｓｔｅｓ?ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｏｓａｇｅｓ?ｏｆ?ＳＰｓ?ａｓ?ｐｒｅｐａｒｅｄ
【参考文献】

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1 谭洪波;聚羧酸系混凝土减水剂的研究[D];武汉理工大学;2006年

本文编号：2863398