聚丙烯酸盐类减缩剂的合成与性能研究

论文摘要

混凝土容易制成各种尺寸和形状,耐久性良好,而且造价较低,所以混凝土目前已成为应用最广、用量最大的结构工程材料,但混凝土过大的收缩一直是困扰混凝土工程质量的一个重要因素,近年来高强与高性能混凝土的广泛应用,进一步增大了混凝土收缩开裂的可能性。混凝土减缩剂是通过物理作用减少混凝土的收缩,在原材料和配合比一定时,减缩率是一个相对稳定值,且与其他外加剂有良好的相容性,因此,开展混凝土减缩剂的研究具有重要意义。本论文从减缩剂的化学结构、作用机理出发,以分子结构设计的原理,合成出一种含有“甲基-酯基-聚氧乙烯基”为主导官能团的具有梳型分子结构的聚丙烯酸盐类减缩剂,并对合成的产品进行了性能测试。减缩剂的合成经过两步反应: （1）酯化,丙烯酸与聚乙二醇单甲醚-1200在催化剂的作用下反应制得中间体聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯（PEA）;（2）聚合,甲基丙烯酸甲酯（MMA）与中间体聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯（PEA）在引发剂过硫酸铵（PSAM）的作用下通过聚合反应制备。通过酯化反应,找到了中间体聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯（PEA）的制备条件及配方:在减压蒸馏条件下,催化剂对甲苯磺酸用量为聚乙二醇单甲醚-1200质量的5%,阻聚剂对苯二酚的用量为丙烯酸质量的0.3%,反应温度100℃,反应时间4h,丙烯酸∶聚乙二醇单甲醚-1200（摩尔比）=3:1;通过实验得出了与甲基丙烯酸甲酯（MMA）与中间体聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯（PEA）的摩尔比及引发剂用量对聚丙烯酸盐类减缩剂性能的影响,从而得出了合成聚丙烯酸盐类减缩剂的最佳配方:MMA:PEA=2:3,PSAM用量为单体总质量的2.5%;对合成的聚丙烯酸盐类减缩剂最优产品进行了红外光谱分析,证明该减缩剂是由带甲基（-CH3）、酯基（-RCOOR’）、聚氧乙烯基[-（CH2CH2O）n-R]侧链的不饱和单体共聚合成。减缩剂的性能测试表明,该减缩剂具有低碱、低掺量（掺量为水泥用水量的0.5%）、能有效控制混凝土收缩等特点。在掺减缩剂1.0%时,砂浆3d减缩率可达62%,28d减缩率可达41%,混凝土3d减缩率可达50%,28d减缩率可达30%,同时不降低砂浆和混凝土的强度。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 混凝土收缩的严重性和危害
• 1.2 混凝土收缩变形的种类及补偿措施
• 1.2.1 混凝土收缩的种类
• 1.2.2 控制混凝土收缩的现有措施
• 1.3 化学减缩剂的分类及特点
• 1.3.1 单一型的减缩剂
• 1.3.2 复合型的减缩剂
• 1.4 国内外减缩剂的研究状况
• 1.4.1 国外减缩剂的发展状况
• 1.4.2 国内减缩剂的研究状况
• 1.5 减缩剂的减缩机理
• 1.5.1 混凝土干燥收缩
• 1.5.2 毛细管张力学说
• 1.5.3 减缩剂的减缩机理
• 1.6 本课题的提出
• 1.6.1 本课题研究的目的和意义
• 1.6.2 本课题研究的主要内容
• 2 原材料与实验方法
• 2.1 减缩剂合成试验的原材料及仪器
• 2.1.1 减缩剂合成的主要材料
• 2.1.2 减缩剂合成的主要仪器
• 2.2 减缩剂性能测试的材料及仪器
• 2.2.1 减缩剂性能测试的主要材料
• 2.2.2 减缩剂性能测试的主要仪器
• 2.3 减缩剂合成及表征实验方法
• 2.3.1 酯化反应
• 2.3.2 酯化产率的测定
• 2.3.3 聚合实验
• 2.3.4 红外光谱分析
• 2.4 减缩剂性能测试试验方法
• 2.4.1 减缩剂吸附量的测试
• 2.4.2 表面张力的测定
• 2.4.3 砂浆收缩和强度的测试
• 2.4.4 混凝土收缩和强度的测试
• 2.5 减缩剂与减水剂双掺减水剂减水性能的测试
• 2.5.1 水泥净浆流动度的测定
• 2.5.2 砂浆流动度的测定
• 2.5.3 混凝土坍落度的测定
• 3 聚丙烯酸盐类减缩剂分子结构设计
• 3.1 减缩剂的分子结构设计
• 3.1.1 减缩剂必须满足的条件
• 3.1.2 聚丙烯酸盐类减缩剂分子结构设计
• 3.2 聚丙烯酸盐类减缩剂合成路线
• 4 聚丙烯酸盐类减缩剂的合成
• 4.1 酯化反应
• 4.1.1 酯化反应的作用机理
• 4.1.2 酸催化剂的选择
• 4.1.3 阻聚剂对酯化反应的影响
• 4.1.4 酯化反应的实验设计及结果分析
• 4.1.5 溶剂及减压蒸馏对酯化产率的影响
• 4.2 聚合反应
• 4.2.1 自由基聚合反应机理
• 4.3 聚合因素对减缩剂降低溶液表面张力性能的影响
• 4.3.1 投料方式对减缩剂降低溶液表面张力性能的影响
• 4.3.2 引发剂对减缩剂降低溶液表面张力性能的影响
• 4.3.3 PEA/MMA 单体摩尔比对减缩剂降低溶液表面张力性能的影响
• 4.3.4 不同特征官能团对聚合物的改性
• 4.3.5 接枝侧链对减缩剂降低溶液表面张力性能的影响
• 4.4 本章小结
• 5 聚丙烯酸盐类减缩剂的性能研究
• 5.1 聚丙烯酸盐类减缩剂的红外光谱分析
• 5.2 水泥颗粒对聚丙烯酸盐类减缩剂吸附量的测定
• 5.3 聚丙烯酸盐类减缩剂溶液表面张力的测定
• 5.3.1 聚丙烯酸盐类减缩剂水溶液表面张力的测定
• 2 溶液表面张力的测定'>5.3.2 聚丙烯酸盐类减缩剂饱和Ca（OH）₂溶液表面张力的测定
• 2 溶液表面张力稳定性的测定'>5.3.3 聚丙烯酸盐类减缩剂饱和Ca（OH）₂溶液表面张力稳定性的测定
• 5.4 聚丙烯酸盐类减缩剂内掺对砂浆性能的影响
• 5.4.1 聚丙烯酸盐类减缩剂内掺对砂浆收缩的影响
• 5.4.2 聚丙烯酸盐类减缩剂内掺对砂浆强度的影响
• 5.5 聚丙烯酸盐类减缩剂内掺对混凝土性能的影响
• 5.5.1 聚丙烯酸盐类减缩剂内掺对混凝土收缩的影响
• 5.5.2 聚丙烯酸盐类减缩剂内掺对混凝土强度的影响
• 5.6 聚丙烯酸盐类减缩剂与减水剂的相容性
• 5.6.1 聚丙烯酸盐类减缩剂对减水剂减水效果的影响
• 5.6.2 减水剂对聚丙烯酸盐类减缩剂减缩效果的影响
• 5.7 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录