新型高效自愈合混凝土防水剂的合成及其防水性能研究

论文摘要

混凝土是一种非均质的多孔材料,其内部存在大量的微观结构缺陷,这些微观缺陷在某些条件下将扩展成为后期混凝土的渗水渠道。现在工程上常用的丙烯酸聚合物乳液,乙烯—醋酸乙烯共聚物乳液,环氧聚合物乳液等防水剂,其防水机理主要是防水剂与混凝土形成聚合物网络和聚合物微粒堵塞渗水通道,但这些防水剂存在着单体价格昂贵,掺量高,合成设备和工艺复杂等缺点。聚苯乙烯是油溶性的聚合物,若磺化度和中和度适当,在不加乳化剂的情况下,也能把聚苯乙烯磺酸盐均匀地分散在水溶液中,作为混凝土防水剂来使用。本文以苯乙烯（St）为主要原料,经过阳离子聚合法和悬浮聚合方法,制备了五种不同相对分子质量的聚苯乙烯,采用粘度法和凝胶色谱法测定其相对分子质量；采用悬浮磺化法和共沸脱水磺化法,以浓硫酸为磺化试剂,成功地将五种不同相对分子质量的聚苯乙烯进行了磺化,制备了不同磺化度的水溶性聚苯乙烯磺酸钙（PCSS）,并通过酸碱滴定测定其磺化度,用FT—IR和1H—NMR对PCSS进行了表征,研究了H2SO4／PS质量比（R）、反应时间、溶剂种类和溶剂量对产物磺化度的影响,并对两种方法进行了比较；最后测定了五种不同相对分子质量的PCSS对水泥砂浆和混凝土的防水性能的影响,选择出了最适合作为混凝土防水剂的PCSS的相对分子质量和掺量。结果表明：1.采用阳离子聚合方法,[AlCl3]／[St]=0.05-4.00的范围内,可以制备相对分子质量Mw=5000-30000的聚苯乙烯；采用悬浮聚合方法,[BPO]／[St]=0.3-4.0的范围内,可以制备相对分子质量Mw=207500-28600的聚苯乙烯。2.悬浮磺化法和共沸脱水磺化法都能在浓硫酸用量较小的情况下将不同相对分子质量的聚苯乙烯进行磺化,制备出磺化度高于90%的水溶性PCSS；随着R和反应时间的增加,两种磺化方法产物的磺化度不断增加,且磺化度增加趋势逐渐变慢；其中共沸脱水法浓硫酸的用量更少,硫酸利用率更高。3.相对分子质量为163800的PCSS最适合作为混凝土防水剂,最佳产量为0.01%,其防水效果达到了国家的混凝土防水剂一等品标准,而且对混凝土裂缝具有愈合作用。本文首次提出将苯乙烯高聚物磺酸盐应用于混凝土防水领域,开发了一种成本低,掺量少,而且具有自愈合作用的刚性高效聚合物防水剂PCSS,从而降低聚合物防水混凝土的成本,拓宽其应用范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 建筑物渗漏原因探析
• 1.2 混凝土防水材料的发展历史
• 1.3 防水材料的类型及性能
• 1.3.1 沥青基防水卷材
• 1.3.1.1 APP改性沥青防水卷材
• 1.3.1.2 SBS改性沥青防水卷材
• 1.3.1.3 BAC自粘防水卷材
• 1.3.1.4 PET自粘防水卷材
• 1.3.2 高分子防水卷材
• 1.3.2.1 PVC防水卷材
• 1.3.2.2 EPDM防水卷材
• 1.3.3 防水涂料
• 1.3.3.1 丙烯酸酯防水涂料
• 1.3.3.2 聚氨酯防水涂料
• 1.3.3.3 JS复合防水涂料
• 1.3.3.4 水泥基渗透结晶防水涂料
• 1.3.4 刚性防水材料
• 1.3.4.1 膨胀剂类防水材料
• 1.3.4.2 无机盐类防水材料
• 1.3.4.3 金属皂类防水剂
• 1.3.4.4 有机硅类防水剂
• 1.3.4.5 混合型防水剂
• 1.3.4.6 聚合物水泥防水剂
• 1.4 研究现状及存在问题
• 1.4.1 聚苯乙烯的合成
• 1.4.1.1 阴离子聚合
• 1.4.1.2 阳离子聚合
• 1.4.1.3 高聚物降解
• 1.4.1.4 自由基聚合
• 1.4.2 磺化试剂的选择
• 1.4.3 磺化方法
• 1.4.3.1 以硫酸为溶剂的磺化方法
• 1.4.3.2 以氯代烷烃为溶剂的磺化方法
• 1.4.3.3 以环烷烃为溶剂的磺化方法
• 1.5 选题思想及研究内容
• 第二章 防水剂的合成
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 聚苯乙烯（PS）的合成
• 2.2.1 苯乙烯单体（St）的精制
• 2.2.2 阳离子聚合
• 2.2.3 悬浮聚合
• 2.3 PS相对分子质量的测定
• 2.3.1 特性粘度法
• 2.3.2 凝胶色谱法
• 2.4 PS的磺化
• 2.4.1 悬浮磺化法
• 2.4.2 共沸脱水磺化法
• 2.5 聚苯乙烯磺化度的测定
• 2.6 聚苯乙烯磺酸钙（PCSS）的制备
• 2.7 PS和PCSS的表征
• 1H-NMR）'>2.7.1 氢核磁共振（¹H-NMR）
• 2.7.2 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）图
• 2.7.3 PCSS特性粘度测定
• 2.7.4 PCSS相对分子质量的测定
• 第三章 防水剂对水泥砂浆和混凝土的性能影响
• 3.1 原料与仪器
• 3.2 引用标准
• 3.3 水泥砂浆流动度的测定
• 3.4 水泥砂浆抗折强度的测定
• 3.5 水泥砂浆抗压强度的测试
• 3.6 水泥砂浆收缩性能测试
• 3.7 水泥砂浆抗渗性能测试
• 3.8 水泥砂浆自愈合性能研究
• 3.9 混凝土安定性的测定
• 3.10 混凝土凝结时间差、收缩比和抗压强度比的测定
• 3.11 混凝土渗透高度比的测定
• 3.12 混凝土吸水量比的测定
• 3.13 混凝土自愈合性能测定
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 苯乙烯聚合反应
• 4.1.1 阳离子聚合
• 4.1.2 悬浮聚合
• 4.2 磺化反应
• 1H-NMR'>4.2.1¹H-NMR
• 4.2.2 FT-IR
• 4.2.3 两种磺化方法R对聚苯乙烯磺化度的影响
• 4.2.4 两种方法中反应时间对聚苯乙烯磺化度的影响
• 4.2.5 温度对磺化聚苯乙烯链的影响
• 4.2.6 溶剂用量对磺化反应的影响
• 4.2.7 共沸脱水法溶剂的选择
• 4.3 聚苯乙烯磺酸盐对水泥砂浆性能的影响
• 4.3.1 钙盐与钠盐流动度的比较
• 4.3.2 PCSS磺化度对水泥砂浆流动度的影响
• 4.3.3 PCSS中和度对水泥砂浆强度性能的影响
• 4.3.3.1 PCSS中和度对水泥砂浆流动度的影响
• 4.3.3.2 PCSS中和度对水泥砂浆强度的影响
• 4.3.4 PCSS相对分子质量对砂浆防水性能的影响
• 4.3.4.1 PCSS相对分子质量对用水量的影响
• 4.3.4.2 PCSS相对分子质量对水泥砂浆强度的影响
• 4.3.4.3 PCSS相对分子质量对砂浆收缩性能的影响
• 4.3.4.4 PCSS相对分子质量对水泥砂浆防渗性能的影响
• 4.3.5 PCSS掺量对水泥砂浆强度的影响
• 4.3.6 PCSS对水泥砂浆愈合性能的影响
• 4.4 PCSS对混凝土性能的影响
• 4.5 PCSS对混凝土愈合性能的影响
• 4.6 机理探讨
• 4.6.1 防水机理
• 4.6.2 自愈合机理
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 附表