新结构聚羧酸减水剂的合成工艺及性能研究

论文摘要

聚羧酸系减水剂具有减水率高、保坍性好、生产工艺简单及使用过程绿色环保等特点,是高效减水剂的理想品种。在发达国家已经成为主要的混凝土用减水剂品种,而国内主要用于国家重点工程项目,目前正在逐渐用于民用建筑的商用混凝土工程。针对聚羧酸系减水剂的原料对石油的下游产品乙烯依赖性高,在实际工程应用中,其性价比仍不足以高,与水泥的适用性也不尽完美。本论文以开发高性价比的聚羧酸减水剂为目标,设计了新型聚羧酸减水剂结构。以自制的马来酸单酯和N-甘氨酸基马来酰氨酸（GMA）为小单体,跟丙烯基聚醚（APEG1000）和丙烯酸（AA）混合,探索合成了新结构聚羧酸系减水剂。在正交实验的基础上确定原料的最佳摩尔比为:n（GMA）:n（AA）:n（MM）:n（APEG1300）=0.8:1.8:0.7:1.1,进而通过单因素分析及合成工艺的优化实验,最终确定了最佳的合成工艺条件:引发剂用量为3.0wt%,反应温度为80℃,聚合时间为3.5h。在最佳合成工艺的基础上,继续探讨了马来酸酐（MA）取代马酐单酯后对减水剂性性能的影响,马酐单酯和MA按照一定比例的混合分别制备了减水剂PC-A1、PC-X1。在掺量均为0.2wt%时,狮头P.042.5普通硅酸盐水泥初始净浆流动度分别达到286、288mm,2h后分别增至297mm、299mm。论文还考察了不同的小分子盐、GMA与PC-X1的协同性及对水泥性能的影响。研究结果表明:掺有四硼酸钠的PC-X1表现出很好的协同作用,在PC-X1添加量为0.3wt%,四硼酸钠添加量为0.6g时,祁连山普通硅酸盐水泥P.052.5的初始净浆流动度达到295mm,2h后的净浆流动度为265mm,与只加入0.3wt%PC-Xl的空白实验相比,分别增加了 10mm,40mm。水泥减水剂PC-X1中加入GMA时,对水泥的凝固时间产生了很大影响,当GMA加入量为0.6g时,水泥的凝固时间缩短至8h。最后,对聚羧酸系减水剂的合成工艺的稳定性做了探讨,结果表明:自制减水剂PC-X1的合成工艺具有很好的稳定性和重复性。进而做了 C30混凝土性能评价实验,结果表明:同等条件下,在掺量0.18wt%,要比市售减水剂PC-1的抗压性好的多,28天以后混凝土的抗压强度达到33.65MPa。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号与缩写
• 第一章 文献综述
• 1.1 减水剂概况
• 1.1.1 减水剂的内涵及用途
• 1.1.2 减水剂的发展概况及分类
• 1.2 减水剂在国内外的发展及研究现状
• 1.2.1 减水剂在国外的发展及研究现状
• 1.2.2 减水剂在国内的发展及研究现状
• 1.3 减水剂的作用机理
• 1.4 聚羧酸系高性能减水剂的特点
• 1.4.1 聚羧酸系减水剂分子结构特点
• 1.4.2 聚羧酸系高性能减水剂的性能特点
• 1.5 聚羧酸系高性能减水剂的作用机理
• 1.6 聚羧酸系高性能减水剂的分类
• 1.7 聚羧酸系高性能减水剂的合成方法
• 1.8 聚羧酸系高性能减水剂的研究及现状
• 1.8.1 国外聚羧酸系高性能减水剂的研究及现状
• 1.8.2 国内聚羧酸系高性能减水剂的研究及现状
• 1.8.3 国内研究聚羧酸系减水剂中存在的问题
• 1.9 国内聚羧酸系高性能减水剂的研究应用展望
• 1.10 本课题研究目的及内容
• 1.10.1 本课题的研究目的
• 1.10.2 本课题的研究内容
• 第二章 实验与测试方法
• 2.1 实验原料与仪器设备
• 2.1.1 合成实验的原料
• 2.1.2 性能测试所用原料
• 2.1.3 实验仪器设备
• 2.2 产物测试方法
• 2.2.1 红外光谱（FTIR）测定方法
• 2.2.2 水泥净浆流动度测试方法
• 2.2.3 减水剂固含量的测定
• 2.2.4 减水剂减水率的测定
• 2.2.5 硬化混凝土抗压强度的试验
• 2.2.6 混凝土拌合物坍落度的试验
• 2.2.7 氯离子检测试验
• 第三章 新结构聚羧酸减水剂的制备探索
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要原料
• 3.1.2 反应机理
• 3.1.3 分子式设计
• 3.1.4 实验步骤
• 3.2 实验结果及讨论
• 3.2.1 GMA的红外图谱
• 3.2.2 MM的红外光谱图
• 3.2.3 合成聚羧酸条件的初步探讨
• 3.2.4 合成配方的初步探讨
• 3.3 各种因素对聚合产物性能的影响
• 3.3.1 聚醚分子量对净浆流动度的影响
• 3.3.2 丙烯酸（AA）对净浆流动度的影响
• 3.3.3 N-甘氨酸基马来酰氨酸（GMA）对净浆流动度的影响
• 3.3.4 马来酸单甲酯（MM）对净浆流动度的影响
• 3.3.5 APEG1300对减水剂性能的影响
• 4PS）对减水剂性能的影响'>3.3.6 引发剂（NH₄PS）对减水剂性能的影响
• 3.3.7 聚合时间对减水剂性能的影响
• 3.3.8 投料方式对减水剂性能的影响
• 3.3.9 马酐单酯合成减水剂性能的比较
• 3.3.10 马来酸酐（MA）与马酐单酯合成的减水剂性能比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 小分子盐与聚羧酸减水剂的协同性研究
• 4.1 实验原料及实验方法
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 PC-X1的减水效果
• 4.2.2 协同性的初步探索
• 4.2.3 六偏磷酸钠与聚羧酸减水剂的复配效果
• 4.2.4 葡萄糖酸钠与聚羧酸减水剂的复配效果
• 4.2.5 氨基磺酸钠与聚羧酸减水剂的复配效果
• 4.2.6 硫酸钾与聚羧酸减水剂的复配效果
• 4.2.7 四硼酸钠与聚羧酸减水剂的复配效果
• 4.2.8 GMA与聚羧酸减水剂的复配效果
• 4.2.9 葡萄糖酸钠、硫酸钾与聚羧酸减水剂的三元协同作用
• 4.2.10 葡萄糖酸钠、GMA与聚羧酸减水剂的三元协同作用
• 4.2.11 氨基磺酸钠、硫酸钾与聚羧酸减水剂的三元协同作用
• 4.3 本章小结
• 第五章 新结构聚羧酸减水剂的应用性能评价
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 性能测试试验方法
• 5.2 实验结果讨论
• 5.2.1 水泥分散性实验
• 5.2.2 减水剂匀质性试验
• 5.2.3 减水剂与水泥的适应性实验
• 5.2.4 稳定性实验
• 5.2.5 混凝土性能评价
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 论文的创新之处
• 6.3 今后展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文