硫酸盐影响聚羧酸减水剂与混凝土组成材料相容性的机理研究

论文摘要

聚羧酸减水剂是一种具有高减水分散性的混凝土外加剂,在国内外已经广泛使用,但在实际工程应用中,聚羧酸减水剂与混凝土组成材料存在相容性问题,除了减水剂本身性能外,水泥、掺合料和混凝土外加剂中存在的硫酸盐被认为是影响聚羧酸减水剂相容性最显著的因素。开展硫酸盐影响聚羧酸减水剂相容性的机理研究能达到提高聚羧酸减水剂应用技术水平,完善聚羧酸减水剂与混凝土组成材料相容性调控理论与技术的目标。本文通过4种硫酸盐（K2SO4、Na2SO4、CaSO4·2H2O和CaSO-4·1/2H2O）对掺有聚羧酸减水剂的水泥浆体溶液表面张力、浆体分散性能、粘度、凝结时间等相容性指标的影响及规律,以及对聚羧酸减水剂的吸附量及吸附动力学,水泥颗粒动电电位的影响,研究硫酸盐对聚羧酸减水剂相容性的影响机理。采用表面张力仪、UV、IR等分析测试手段,研究了硫酸盐对掺聚羧酸减水剂的水泥浆体溶液表面张力的影响,硫酸盐对聚羧酸减水剂分子结构的影响。硫酸钠、硫酸钾可降低掺有聚羧酸减水剂的水泥浆体溶液表面张力,增加溶液表面活性,增加微引气作用,由于二水石膏在浆体溶液中溶解度低,溶解速度慢,对表面张力影响较小。水泥浆体溶液中的硫酸盐不影响聚羧酸减水剂分子结构,但强碱性环境使酯类聚羧酸减水剂分子中部分酯键发生不可逆的水解,聚氧乙烯支链会从主链脱落,不利于水泥浆体的分散性能。采用水泥净浆流动度、砂浆扩展度、混凝土坍落度及损失表征硫酸盐对聚羧酸减水剂相容性的影响。硫酸钠和硫酸钾对聚羧酸减水剂分散性能的负面影响远大于难溶性的二水石膏和半水石膏,易溶性硫酸盐掺量1%时就能使水泥净浆完全失去流动性,而浆体中含有适量易溶性硫酸盐（掺量0.2%）对浆体的流动性有利,且使混凝土具有良好的坍落度保持性能。采用UV、Zeta电位分析仪等分析手段,重点研究了硫酸盐影响聚羧酸减水剂相容性的作用机理,量化了聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量、吸附动力学及动电电位随硫酸盐含量的变化。易溶性硫酸盐过量会显著降低聚羧酸减水剂的吸附量,并降低水泥颗粒动电电位,从而减弱颗粒间静电斥力,掺量1%时,平均吸附量降低38%左右,动电电位降低18.3%,对聚羧酸减水剂相容性的负面影响较大;但适量易溶性硫酸盐存在时,能有效提高聚羧酸减水剂的吸附量,掺量0.2%时,聚羧酸减水剂平均吸附量提高10%,且硫酸盐与聚羧酸减水剂共同作用使浆体粘度降低,有利于浆体的流动性及流动保持性。水泥颗粒对聚羧酸减水剂的吸附及硫酸盐对吸附的影响规律适合Langmuir等温吸附方程,水泥颗粒对聚羧酸减水剂的吸附动力学及硫酸盐对吸附动力学的影响规律适合Langmuir二级吸附动力学模型。硫酸盐会减小聚羧酸减水剂的吸附动力学二级吸附速率常数,延迟聚羧酸减水剂到达吸附平衡的时间,使聚羧酸减水剂分散作用降低,从而影响水泥浆体的分散性能和聚羧酸减水剂相容性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 混凝土
• 1.2 聚羧酸减水剂
• 1.2.1 聚羧酸减水剂的作用
• 1.2.2 聚羧酸减水剂应用现状
• 1.3 聚羧酸减水剂的相容性问题及机理研究
• 1.3.1 聚羧酸减水剂的相容性问题及影响因素
• 1.3.2 聚羧酸减水剂相容性的机理研究
• 1.4 研究目的与意义
• 1.5 研究内容
• 2 原材料及试验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 试验原材料
• 2.1.2 试验主要仪器
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 水泥浆体溶液表面张力
• 2.2.2 红外光谱、紫外光谱
• 2.2.3 ζ-电位
• 2.2.4 等温吸附曲线及吸附动力学
• 2.2.5 水泥浆体凝结时间
• 2.2.6 水泥净浆流动度
• 2.2.7 水泥砂浆扩展度
• 2.2.8 混凝土坍落度
• 2.2.9 水泥浆体粘度
• 3 硫酸盐对掺聚羧酸减水剂的水泥浆体溶液性质的影响
• 3.1 水泥浆体溶液离子浓度
• 3.2 溶液表面张力
• 3.2.1 蒸馏水表面张力
• 3.2.2 水泥浆体溶液表面张力
• 3.3 聚羧酸减水剂的颜色
• 3.4 聚羧酸减水剂的紫外光谱
• 3.5 聚羧酸减水剂的红外光谱
• 3.6 本章小结
• 4 硫酸盐对聚羧酸减水剂相容性的影响
• 4.1 硫酸盐对聚羧酸减水剂分散性能的影响
• 4.1.1 硫酸盐对掺聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度的影响
• 4.1.2 硫酸盐对掺聚羧酸减水剂的水泥砂浆扩展度的影响
• 4.1.3 硫酸盐对掺聚羧酸减水剂的混凝土坍落度的影响
• 4.2 硫酸盐对掺聚羧酸减水剂的水泥浆体粘度的影响
• 4.2.1 硫酸盐水泥浆体粘度的影响
• 4.2.2 水泥浆体粘度随硫酸盐掺量和水化时间的变化
• 4.3 硫酸盐对掺聚羧酸减水剂的水泥浆体凝结时间的影响
• 4.3.1 硫酸盐对水泥浆体凝结时间的影响
• 4.3.2 水泥浆体凝结时间随硫酸盐掺量和水化时间的变化
• 4.4 本章小结
• 5 硫酸盐影响聚羧酸减水剂相容性的作用机理
• 5.1 硫酸盐对聚羧酸减水剂吸附性能的影响
• 5.1.1 制备聚羧酸减水剂的标准曲线
• 5.1.2 硫酸盐对聚羧酸减水剂等温吸附曲线的影响
• 5.1.3 硫酸盐对聚羧酸减水剂吸附动力学的影响
• 5.2 硫酸盐对水泥浆体动电电位的影响
• 5.2.1 水泥浆体的ζ-电位
• 5.2.2 聚羧酸减水剂对水泥浆体的ζ-电位的影响
• 5.2.3 硫酸盐对掺聚羧酸减水剂的水泥浆体的ζ-电位的影响
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录