采用烯丙醇聚氧乙烯醚合成聚羧酸系高效减水剂及其性能研究

论文摘要

聚羧酸系减水剂具有高减水率和控制混凝土坍落度损失等优点,是高效减水剂的发展方向。本论文详细介绍了国内外高效减水剂的研究应用现状,分析了聚羧酸系减水剂的合成方法及发展趋势,并且从化学结构、作用机理入手,通过分子设计,合成出了含羟基、羧基、磺酸基、聚氧乙烯基等基团的具有梳型分子结构的聚羧酸系高效减水剂。课题选用烯丙醇聚氧乙烯醚（APEG）、丙烯酸（AA）、马来酸酐（MAD）与甲基丙烯磺酸钠（SMAS）为原材料,在引发剂过硫酸铵（APS）引发下进行自由基聚合,得到聚羧酸减水剂。试验结果表明:当单体APEG:AA:MAD:SMAS摩尔比为3:4:8:3时,该共聚物有较好分散性能。同时确定了最佳反应条件:引发剂用量为反应物总质量的2%;合成浓度为25%;温度为85℃;反应时间为4h。通过对自制PC红外光谱分析表明,分子中含有羧基、磺酸基和醚基等多种官能团。并对其进行了一系列水泥、混凝土试验,结果表明:自制PC对水泥浆体有较好的分散性能,与水泥的相容性好配制的混凝土有较好的保坍性,当掺量为0.3%时,减水率可以达到32.4%,各龄期抗压强度比均超过160%,性能远优于萘系减水剂,可应用于混凝土行业。通过对自制PC溶液的表面张力、水泥颗粒表面ζ电位和吸附量的测定,进一步分析了聚羧酸减水剂的作用机理。其减水作用机理主要为减水剂与水泥粒子之间的吸附-分散作用,即在减水剂-水-水泥体系中减水剂吸附在水泥颗粒表面,形成双电层,从而产生静电斥力作用,而在吸附过程中,其主链上的长侧链可在体系中充分伸展而发挥空间立体位阻作用,因此具有更好的分散性和分散保持性。通过综合性能评价,自制PC具有一定的性能和价格优势,应用前景良好。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 高效减水剂概述
• 1.2.1 高效减水剂的种类
• 1.2.2 高效减水剂的作用机理
• 1.2.3 高效减水剂的研究进展
• 1.2.4 高效减水剂在混凝土中的应用
• 1.3 聚羧酸系高效减水剂发展现状
• 1.3.1 聚羧酸系高效减水剂的优点
• 1.3.2 国外聚羧酸系高效减水剂的发展现状
• 1.3.3 国内聚羧酸系高效减水剂的发展现状
• 1.3.4 聚羧酸系高效减水剂研究的难点
• 1.3.5 聚羧酸系高效减水剂的研究发展方向
• 1.4 课题的研究目的意义、研究内容及关键技术
• 1.4.1 研究目的和意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 技术方案
• 1.4.4 关键技术和创新点
• 2 聚羧酸系高效减水剂的分子设计与合成原理
• 2.1 聚羧酸系高效减水剂的分子设计
• 2.1.1 官能团
• 2.1.2 聚羧酸系高效减水剂的分子设计
• 2.2 聚羧酸系高效减水剂的合成方法和合成原理
• 3 试验材料和试验方法
• 3.1 原材料
• 3.2 合成方法
• 3.3 性能试验
• 3.3.1 性能试验材料
• 3.3.2 性能试验方法
• 4 聚羧酸系高效减水剂的合成工艺研究
• 4.1 概论
• 4.2 聚羧酸系高效减水剂正交试验设计
• 4.2.1 正交设计原理
• 4.2.2 正交试验方案设计与结果
• 4.3 单因素影响分析
• 4.3.1 APEG 用量对减水剂性能的影响
• 4.3.2 AA 用量对减水剂性能的影响
• 4.3.3 SMAS 用量对减水剂性能的影响
• 4.3.4 引发剂APS 用量对减水剂性能的影响
• 4.3.5 投料方式对减水剂性能的影响
• 4.3.6 合成浓度对减水剂性能的影响
• 4.3.7 反应温度对减水剂性能的影响
• 4.3.8 反应时间对减水剂性能的影响
• 4.4 减水剂的改性
• 4.4.1 不同分子量APEG 对减水剂性能的影响
• 4.4.2 MAA 替代AA 对减水剂性能的影响
• 4.4.3 AMPS 替代SMAS、AA 对减水剂性能的影响
• 4.4.4 MAD 替代AA 对减水剂性能的影响
• 4.5 小结
• 5 聚羧酸系高效减水剂的性能与作用机理研究
• 5.1 减水剂性能研究
• 5.1.1 水泥净浆流动度试验
• 5.1.2 减水率
• 5.1.3 含气量
• 5.1.4 凝结时间
• 5.1.5 抗压强度
• 5.1.6 坍落度损失
• 5.2 作用机理研究
• 5.2.1 红外光谱分析
• 5.2.2 ζ 电位测定
• 5.2.3 表面张力测定
• 5.2.4 吸附量测定
• 5.3 自制PC 的综合性能评价
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录