聚羧酸减水剂的合成及其引气与早强性能研究

论文摘要

聚羧酸减水剂是继木素系、萘系之后的最新一代高性能减水剂,具有高分散性、高减水率、高保坍性能、生产使用绿色化等特点,可以配制高强、超高强度、高流动性以及高耐久性混凝土,满足各类工程对高性能混凝土的需求。在我国,聚羧酸减水剂应用仅有10年左右,却有明显的由重点工程向一般民建工程普及的趋势,并且有望在未来十数年内占据减水剂市场,因此聚羧酸新型高效减水剂成为当前减水剂领域研究和应用的热点。聚羧酸减水剂由多种不饱和单体经自由基反应聚合而成,因此可以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,获得不同分子结构的聚羧酸减水剂。本文以甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯为共聚单体,以过硫酸铵为引发剂,在水溶液体系中通过一定的工艺合成了聚羧酸减水剂。本文研究了不饱和单体种类及配比、引发剂用量以及加料工艺对聚羧酸减水剂分散性能的影响,确定了最优合成工艺条件,并进一步考察了磺酸根、羧酸根、甲氧基聚乙二醇等官能团含量和减水剂分子量对聚羧酸减水剂引气性能和早强性能的影响。研究结果表明,通过调整单体和引发剂的用量可以获得最优分散性能的聚羧酸减水剂。利用EO聚合度为45的甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PMA45）、甲基丙烯酸（MAA）和甲基丙烯磺酸钠（MAS）合成分散性能最优聚羧酸减水剂PC-45,单体摩尔比为MAS:MAA:PMA45=0.5:3.75:1,引发剂过硫酸铵（APS）用量为单体总质量的0.4%,特性粘度为45.13 ml·g-1,在水灰比0.25,掺量为0.2%的条件下净浆流动度为269 mm,30 min后净浆流动度为276 mm。利用EO聚合度为23的甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PMA23）合成的分散性能最优聚羧酸减水剂PC-23,合成工艺需采用MAS预投料法,最优单体摩尔比为MAS:MAA:PMA45=0.65:3:1,APS用量为单体总质量的0.8%,特性粘度为11.38 ml·g-1,样品在水灰比0.25,掺量为0.2%的条件下净浆流动度为271 mm,30 min后净浆流动度为250 mm。采用起泡高度法、砂浆密度法和压汞法研究了聚羧酸减水剂引气性能,结果表明,以PMA45为主要原料合成的聚羧酸减水剂,引气性能随MPEG45含量的增加而增强,随着-COO-、-SO3-含量的增加而下降,随着分子量的增加引气性先降低后提高。以PMA23为主要原料合成的聚羧酸减水剂,引气性能随着-SO3-含量的提高先增加后减小,随着分子量的减小引气性降低。PMA45合成的聚羧酸减水剂总体引气性能较强,而且引入大直径（>20μm）气泡的能力较强;而PMA23合成的聚羧酸减水剂总体引气性能较弱,且不易引入大于20μm的气泡。采用砂浆早期强度法和早期水泥石水化形貌观察法研究了聚羧酸减水剂的早强性能,结果表明,对于PMA45合成的聚羧酸减水剂,早强性能随着MPEG45含量的增加先增大后减小;随着-COO-含量、-SO3-含量的增加,减水剂早强性能提高;减水剂分子量越小,早强效果越明显。对于PMA23合成的聚羧酸减水剂,早强性能随着-SO3-摩尔分数、分子量的增加先增加后减小。扫描电镜下观察水泥石1 d水化形貌,CSH凝胶相密实程度越高,早强效果越明显。实验测定了聚羧酸减水剂应用于混凝土中的保坍、引气、早强性能,结果表明,掺聚羧酸的水泥净浆流动度和经时流动度同掺聚羧酸的混凝土坍落度和保坍性能有较好的一致性;采用砂浆密度法能够反映聚羧酸减水剂的引气性能;采用掺聚羧酸砂浆早期强度法可以较好的反映聚羧酸减水剂在实际混凝土中的早强性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 聚羧酸系高效减水剂概述
• 1.1.1 减水剂发展概述
• 1.1.2 聚羧酸高效减水剂概述
• 1.2 聚羧酸减水剂研究与应用现状
• 1.2.1 聚羧酸减水剂的化学合成进展
• 1.2.2 聚羧酸减水剂的应用现状
• 1.2.3 聚羧酸减水剂减水分散作用机理
• 1.2.4 聚羧酸减水剂引气性能研究进展
• 1.2.5 聚羧酸减水剂早强性能研究进展
• 1.3 聚羧酸减水剂存在的主要问题及展望
• 1.3.1 聚羧酸减水剂与混凝土原材料相容性问题
• 1.3.2 聚羧酸减水剂同其它外加剂相容性问题
• 1.3.3 聚羧酸生产技术壁垒及合成原料来源问题
• 1.3.4 聚羧酸减水剂发展展望
• 1.4 本论文的研究意义和内容
• 1.4.1 研究背景和意义
• 1.4.2 本文的主要研究内容
• 第二章 实验技术与测试方法
• 2.1 实验原料与试剂
• 2.2 反应流程及实验仪器
• 2.2.1 自由基聚合合成聚羧酸减水剂
• 2.2.2 聚羧酸合成反应流程图
• 2.2.3 主要实验仪器
• 2.3 特性粘度测定
• 2.4 双键含量测定
• 2.5 减水剂分散性能测定
• 2.5.1 水泥净浆流动度测定方法
• 2.5.2 水泥净浆流动度损失测定方法
• 2.6 掺减水剂砂浆强度性能测定
• 2.6.1 标准三联砂浆试模成型
• 2.6.2 硬化砂浆抗折强度测定
• 2.6.3 硬化砂浆抗压强度测定
• 2.6.4 水泥石水化微观形貌观察
• 2.7 减水剂引气性能测定
• 2.7.1 比色管法测定减水剂起泡高度
• 2.7.2 新拌砂浆密度测定
• 2.7.3 硬化砂浆密度测定
• 2.7.4 压汞法测定砂浆气孔分布与含气量
• 第三章 聚羧酸减水剂合成工艺研究
• 3.1 以聚酯2000 为原料合成聚羧酸工艺研究
• 3.1.1 以聚酯2000 合成聚羧酸工艺流程
• 3.1.2 聚酯2000 用量的影响
• 3.1.3 甲基丙烯酸用量的影响
• 3.1.4 甲基丙烯磺酸钠用量的影响
• 3.1.5 引发剂用量的影响
• 3.2 以聚酯1000 为原料合成聚羧酸工艺研究
• 3.2.1 加料工艺对聚羧酸减水剂反应性能的影响
• 3.2.2 甲基丙烯磺酸钠用量的影响
• 3.2.3 引发剂用量的影响
• 3.3 聚羧酸反应产物双键含量的测定
• 3.4 聚羧酸应用于水泥净浆及混凝土分散性能对比
• 3.5 不同聚酯大单体合成聚羧酸对混凝土分散性能比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 聚羧酸减水剂引气性能研究
• 4.1 聚酯2000 合成聚羧酸减水剂的引气性能
• 4.1.1 甲氧基聚乙二醇含量对引气性能影响
• 4.1.2 羧基含量对引气性能的影响
• 4.1.3 磺酸基含量对引气性能的影响
• 4.1.4 分子量对减水剂引气性能的影响
• 4.2 聚酯1000 合成聚羧酸减水剂的引气性能
• 4.2.1 磺酸基含量对引气性能的影响
• 4.2.2 分子量对减水剂引气性能的影响
• 4.3 不同引气性测定方法同混凝土法比较
• 4.4 不同聚酯单体合成聚羧酸引气性能比较
• 4.4.1 掺不同聚酯单体合成的聚羧酸硬化水泥石微观形貌
• 4.4.2 不同聚酯单体合成的聚羧酸孔径分布
• 4.4.3 不同聚酯单体合成的聚羧酸混凝土引气性能
• 4.5 本章小结
• 第五章 掺聚羧酸减水剂硬化砂浆早强性能研究
• 5.1 掺聚酯2000 合成聚羧酸硬化砂浆的早强性能
• 5.1.1 甲氧基聚乙二醇含量对早强性能影响
• 5.1.2 羧基含量对早强性能的影响
• 5.1.3 磺酸基含量对早强性能的影响
• 5.1.4 分子量对减水剂早强性能的影响
• 5.2 掺聚酯1000 合成聚羧酸硬化砂浆的早强性能
• 5.2.1 磺酸基含量对早强性能的影响
• 5.2.2 分子量对减水剂早强性能的影响
• 5.3 掺聚羧酸减水剂的混凝土的早期强度研究
• 5.4 不同聚酯单体合成聚羧酸混凝土强度性能比较
• 5.5 本章小结
• 结论及展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢