PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆的性能及微观结构

发布时间：2017-07-14 11:13

  本文关键词：PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆的性能及微观结构

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【摘要】：本文合成了聚丁二烯接技聚苯乙烯(PB-g-PS)和聚丁二烯接技聚苯乙烯甲基丙烯酸环氧丙酯(PB-g-PSG)胶乳,并用于改性水泥砂浆,考察了改性砂浆的性能与微观结构,利用FTIR、DSC、TG以及XRD等分析手段研究了胶乳含量、硅灰和偶联剂单独和结合对水泥水化作用的影响,具体主要做了如下几项工作： 1、采用半连续种子乳液接技聚合技术,在聚丁二烯乳胶粒子上接技共聚苯乙烯,合成了PB-g-PS接技共聚物。研究了合成工艺条件对接技共聚反应的影响,结果发现,苯乙烯在聚丁二烯橡胶粒子上的接技效率和接技度随聚丁二烯对苯乙烯质量比的增加而降低,随反应温度的增加而增加,随引发剂浓度的增加呈先增加后降低的变化趋势,接技效率随单体滴加时间的增加而增加,接技度则呈先增加后降低的变化趋势。利用FTIR和1H NMR对PB-g-PS接技共聚物进行了表征,证明合成了目的产物。利用TEM对PB-g-PS乳胶粒子进行形态观察,接技物为球形粒子,且具有核壳结构。 2、将质量比为70/30、50/50和30/70的三种PB-g-PS胶乳用于改性水泥砂浆,在固定流动度为175±5mm和固定水灰比为0.5两种控制方式,以及在混合养护和水养护的两种养护条件下,考察了PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆的物理、力学性能。在固定流动度和混合养护条件下并与SD623羧基丁苯胶乳改性水泥砂浆作性能对比。研究发现,三种胶乳能够改善砂浆的和易性,降低水灰比提高减水率,减水率超过56%。能有效地提高新拌砂浆的保水作用,保水率最高达99%。能够显著降低改性砂浆水吸收速率,P/C比为20%时,24h改性砂浆的水吸收速率仅为0.156Kg/m2。三种胶乳改性砂浆的体积密度随聚灰比的增加呈先降低后增加或先增加后降低的变化趋势。聚合物改性砂浆的抗压、抗折强度随聚灰比的增加呈波动的变化趋势。对比三种胶乳改性砂浆的性能发现,质量比为50/50的胶乳改性砂浆性能好于70/30和30/70两种胶乳改性砂浆的性能。三种胶乳改性砂浆性能与SD623羧基丁苯胶乳改性水泥砂浆作性能对比发现,质量比为50/50的胶乳改性砂浆性能与SD623羧基丁苯胶乳改性水泥砂浆性能相当。 3、利用SEM考察了PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆的微观结构,研究发现,改性砂浆各组分紧密地结合在一起,砂浆结构更为致密。PB-g-PS胶乳在砂浆中可以形成膜结构。聚合物膜有时存在砂浆的孔洞中,有时存在于水化产物之间,有时也存在与水化产物与骨料之间。聚合物膜呈现为不同的形态,有时为树枝状结构、带状结构,有时形成了连续的互穿网络结构。改善了砂浆结构,有效的阻止了微裂纹的发展,填充和封闭了孔洞和缝隙,改善了砂浆的性能。 4、在固定水灰比为0.45以及水养护的情况下,将硅灰和偶联剂加入到质量比为50/50的PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆中。研究发现,硅灰的加入对改性砂浆的性能产生重要影响,硅灰加入适量时能够改善砂浆的结构,有利于性能的提高,但硅灰的加入量达15%时,由于未加减水剂,导致砂浆的流动性不好,硅灰发生团聚作用,从而使性能降低,硅灰适宜的加入量为水泥质量的10%；偶联剂的加入对砂浆的性能也产生重要影响,偶联剂的加入量为1.0%时,导致新拌砂浆流动度过大,使砂浆产生了更多的孔洞和裂缝,从而使性能降低。偶联剂的适宜加入量为水泥质量的0.6%；将硅灰、偶联剂同时加入到PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆中时,在固定硅灰的加入量时,发现随偶联剂含量的增加,性能逐渐改善；在固定偶联剂的加入量时,随硅灰含量的增加性能也逐渐得到改善。利用SEM考察了改性砂浆的微观结构,微观结构分析表明：改性砂浆结构更加致密,观察到了树枝状结构以及氢氧化钙的六角形片状晶体结构。同时利用FTIR、DSC、TG以及XRD等分析手段研究了PB-g-PS胶乳、硅灰及偶联剂等对水泥水化作用的影响。结果表明：随聚灰比的增加,水泥水化程度呈先增加后降低的变化趋势,聚灰比为10%时,水泥水化程度最高：在相同聚灰比时,随硅灰含量的增加,水泥水化程度呈降低的变化趋势,硅灰含量为5%时,水化程度最高；在相同聚灰比时,随偶联剂含量的增加,水泥水化程度呈先增加后降低的变化趋势,偶联剂含量为0.6%时,水泥水化程度最高；固定硅灰含量时,随偶联剂含量增加,水泥水化程度呈先降低后增加的变化趋势,偶联剂含量为0.2%时,水泥水化程度最高；固定偶联剂含量时,随硅灰含量增加,水泥水化程度呈先增加后降低的变化趋势,硅灰含量为10%时,水泥水化程度最高。 5、利用GMA对PB-g-PS胶乳进行改性,在PB-g-PS胶乳最佳制备工艺条件下,合成了质量比为50/50/0、50/49/1和50/46/4三种PB-g-PSG胶乳,并通过FTIR对合成的目的产物进行了表征。在固定水灰比为0.4以及混合养护条件下,考察了GMA含量对PB-g-PSG胶乳改性水泥砂浆的性能及微观结构的影响。研究发现,随GMA含量的增加,改性砂浆的性能也逐渐得到提高。同时利用FTIR和DSC考察了GMA对水泥水化作用的影响,发现Ca(OH)2含量随GMA含量的增加而减少,说明GMA与Ca(OH)2发生了螯合作用。利用SEM考察了改性砂浆的微观结构,在孔洞中观察到了Ca(OH)2的六角形的片状晶体结构,而且随GMA含量的增加孔洞中Ca(OH)2数量逐渐减少,进一步证明GMA与氢氧化钙发生了化学作用,与FTIR和DSC分析结果一致。
【关键词】：PB-g-PS胶乳 PB-g-PSG胶乳 改性 水泥砂浆 性能 微观结构
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 文献综述13-40
• 1.1 引言13-14
• 1.2 乳液聚合14-24
• 1.2.1 间歇乳液聚合15-16
• 1.2.2 种子乳液接枝聚合16-24
• 1.3 聚合物改性水泥砂浆24-27
• 1.3.1 聚合物改性水泥砂浆的发展概况24-25
• 1.3.2 聚合物改性水泥砂浆的分类25-26
• 1.3.3 聚合物改性水泥砂浆的性质26-27
• 1.3.4 聚合物改性水泥砂浆的应用27
• 1.4 聚合物改性水泥砂浆性能研究进展27-32
• 1.4.1 聚合物改性水泥砂浆28-30
• 1.4.2 聚合物和外加剂复合改性水泥砂浆30-31
• 1.4.3 聚合物和填料复合改性水泥砂浆31-32
• 1.5 聚合物改性水泥砂浆机理研究进展32-38
• 1.6 本论文研究的意义与研究内容38-40
• 第二章 PB-g-PS水泥改性剂的合成与表征40-62
• 2.1 引言40
• 2.2 实验部分40-43
• 2.2.1 实验方案的确定40-42
• 2.2.2 实验原料与实验主要仪器设备42
• 2.2.3 聚丁二烯接枝聚苯乙烯(PB-g-PS)胶乳的合成42-43
• 2.2.4 PB-g-PS乳液的凝聚与后处理43
• 2.3 分析与表征43-44
• 2.3.1 转化率43
• 2.3.2 接枝率和接枝度的测定43-44
• 2.3.3 PB-g-PS胶乳粒径测试44
• 2.3.4 红外光谱(IR)分析44
• 2.3.5 核磁共振氢谱分析(~1H-NMR)44
• 2.3.6 PB和PB-g-PS乳胶粒子的形态44
• 2.4 结果与讨论44-60
• 2.4.1 引发机理44-45
• 2.4.2 半连续种子乳液接枝聚合反应过程45-46
• 2.4.3 反应条件对转化率的影响46-48
• 2.4.4 反应条件对乳胶粒子平均粒径的影响48-52
• 2.4.5 反应条件对接枝率和接枝度的影响52-55
• 2.4.6 分析与表征55-60
• 2.5 本章小结60-62
• 第三章 PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆的性能62-95
• 3.1 引言62
• 3.2 PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆性能实验62-71
• 3.2.1 实验原料62-64
• 3.2.2. 砂浆宏观性能实验方法64-71
• 3.3 结果与讨论71-92
• 3.3.1 固定流动度且混合养护时改性砂浆的性能71-79
• 3.3.2 固定流动度且水养护时改性砂浆的性能79-83
• 3.3.3 固定水灰比且混合养护时改性砂浆的性能83-88
• 3.3.4 固定水灰比且水养护时改性砂浆的性能88-92
• 3.4 本章小结92-95
• 第四章 PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆的微观结构95-114
• 4.1 引言95
• 4.2 实验部分95
• 4.3 砂浆的微观结构95-110
• 4.3.1 固定流动度时砂浆的微观结构95-104
• 4.3.2 固定水灰比时砂浆的微观结构104-109
• 4.3.3 质量比对改性砂浆微观结构的影响109-110
• 4.4 不同微观结构产生的原因110-111
• 4.5 聚合物改性水泥砂浆的改性机理111
• 4.6 本章小结111-114
• 第五章 硅灰和偶联剂对胶乳改性砂浆性能和微观结构的影响114-157
• 5.1 引言114-115
• 5.2 实验部分115-119
• 5.2.1 实验原料115-116
• 5.2.2. 砂浆宏观性能实验方法116-118
• 5.2.3 PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆微观结构实验118
• 5.2.4 FTIR分析118
• 5.2.5 DSC分析118
• 5.2.6 TG分析118
• 5.2.7 XRD分析118-119
• 5.3 结果与讨论119-154
• 5.3.1 硅灰和PB-g-PS胶乳改性水泥砂浆的性能、结构及水化119-132
• 5.3.2 偶联剂对胶乳改性水泥砂浆的性能、结构及水化影响132-142
• 5.3.3 偶联剂和硅灰对胶乳改性水泥砂浆的性能、结构及水化影响142-154
• 5.4 本章小结154-157
• 第六章 PB-g-PSG胶乳改性水泥砂浆的性能及微观结构157-172
• 6.1 引言157
• 6.2 实验部分157-161
• 6.2.1 实验原料157-158
• 6.2.2 PB-g-PSG胶乳的合成158-159
• 6.2.3 砂浆宏观性能实验方法159-160
• 6.2.4 PB-g-PSG胶乳改性水泥砂浆微观结构实验160
• 6.2.5 FTIR分析160-161
• 6.2.6 DSC分析161
• 6.3 结果与讨论161-170
• 6.3.1 接枝产物的红外光谱分析161-162
• 6.3.2 GMA含量和聚灰比对新拌PB-g-PSG胶乳改性砂浆流动度的影响162
• 6.3.3 GMA含量和聚灰比对PB-g-PSG胶乳改性砂浆抗压强度的影响162-163
• 6.3.4 GMA含量和聚灰比对PB-g-PSG胶乳改性砂浆抗折强度的影响163-164
• 6.3.5 GMA含量和聚灰比对PB-g-PSG胶乳改性砂浆水吸收速率的影响164-165
• 6.3.6 水化产物的红外光谱分析165-166
• 6.3.7 水化产物的DSC分析166-168
• 6.3.8 微观结构分析168-170
• 6.4 本章小结170-172
• 第七章 结论172-174
• 参考文献174-183
• 致谢183-184
• 作者简历184-185
• 发表论文185

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：540847