聚羧酸减水剂的合成及其分散保持性能研究

聚羧酸系高性能减水剂分子结构的设计具有很大灵活性,合成方法与原料的选择也具有多样性,在合成过程中,可以通过选择不同功能性的单体对其性能进行设计,也可改变配方与合成工艺调整其性能,以满足不同要求的混凝土工程。本文采用聚醚大单体(M=2000 g·L^-1,EO聚合度为45),合成了分散性能较优的聚羧酸系减水剂,针对单因素实验的配比,设计了正交实验,得到了合成聚羧酸产品的最优条件,其应用于水泥净浆与混凝土中,具有很好的分散保持性能。     

硫酸盐对聚羧酸减水剂分散性能的影响

研究了硫酸盐类型及含量对掺有聚羧酸减水剂的水泥净浆流动度、砂浆扩展度的影响,以及对浆体粘度和浆体液相溶液表面张力的影响.研究表明:易溶性硫酸盐K2SO4、Na2SO4对水泥浆体分散性能的负面影响比二水石膏大,但有适量易溶性硫酸盐存在时,SO2-4快速溶解于浆体液相溶液中,减少水泥颗粒和水化产物对聚羧酸减水剂分子的包裹和消耗,降低液相溶液表面张力,增加表面活性,提高微引气作用,有利于提高聚羧酸减水剂的分散性.     

聚羧酸系减水剂的分散作用及其引气性能

采用自由基聚合法合成了一系列聚羧酸减水剂,通过正交试验研究了减水剂官能团种类及比例,引发剂、链转移剂对其在水泥浆中分散性能的影响.在此基础上,通过优化官能团比例及调整分子量合成了一种引气惟低且分散性高的聚羧酸系减水剂.分析了官能团比例和分子量对聚羧酸系减水剂引气性能的影响,探讨了分子量及其分布与聚羧酸系减水剂的分散性能及其饱和掺量的关系.结果表明:合适的官能团比例是降低聚羧酸系减水剂引气性的前提.官能团比例合适时,分子量过高将导致其引气性增强,聚羧酸系减水剂在水泥净浆中的分散性低,且在水泥砂浆中的饱和掺量高.     

聚羧酸减水剂支链密度对水泥水化行为的影响

以聚乙二醇单甲醚((-M)n=750)与丙烯酸为单体,通过酯化反应合成聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯大分子单体.用此种大分子单体与烯丙基磺酸钠和不同摩尔比例的丙烯酸在引发剂过硫酸铵的作用下,制备了五种带有聚醚不同支链密度的聚羧酸减水剂.比较了不同支链密度的聚羧酸减水剂对水泥净浆、砂浆性能的影响,以及对水泥浆体水化的影响.结果表明:随着聚氧乙烯基支链密度的增大,水泥净浆流动度增大,分散效果增强,分散保持性增强,且当n(-COOH)∶ n(-OC_2H_4-)为1∶ 1时效果最好;减水率都较高(超过24%),且当n(-COOH)∶ n(-OC_2H_4-)为1∶ 1时高达28.5%.掺加此种比例的减水剂后水泥水化速度提高,水泥砂浆3 d、7 d、28 d抗折、抗压强度明显高于空白样(不掺减水剂的水泥).硬化浆体的SEM和XRD分析也显示聚羧酸减水剂的引入可以加速水泥水化速度,提高水泥砂浆强度.     

聚羧酸系水泥减水剂的合成及性能

以丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯磺酸钠(SMS)、甲基丙烯酸(MMa)、聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯(P23MM)为原料,过硫酸铵(APS)为引发剂,进行水溶液自由基共聚,合成聚羧酸系水泥减水剂。以初始净浆流动度为考察指标,通过正交和单因素实验,确定合成聚羧酸系水泥减水剂的最佳工艺条件:APS用量为0.9%,n(P23MM)∶n(SMS)∶n(MA)∶n(MM a)=20∶8∶15∶47,反应温度80℃,反应时间8 h。合成的聚羧酸系水泥减水剂在低掺量(0.6%)、低水灰比(W/C=0.3)时,初始净浆流动度可达253 mm,2 h后净浆流动度仍有248 mm;减水剂水溶液(1%)的表面张力为53.88 mN/m,最优化条件下合成的减水剂水溶液为假塑性流体。     

pH对含长支链聚羧酸减水剂水泥浆体性能的影响

探讨了pH对含长支链PCE(聚羧酸减水剂)水泥净浆流动度和减水率的影响,并对该水泥试块的压缩强度和凝结时间进行了研究。结果表明:pH对含长支链PCE水泥净浆流动度和减水率的影响较小;随着龄期的延长,pH对水泥试块的压缩强度由积极影响变为消极影响;随着pH的不断增加,水泥的初疑时间和终凝时间均呈先长后短态势,并且均在pH为9时相对最长,不同配浆水的pH均会使含长支链PCE水泥浆体出现缓凝现象;当配浆水的pH为13时,含长支链PCE水泥试块的微观结构相对较差,不利于增强水泥试块的压缩强度。     

聚羧酸高效水泥减水剂的合成及性能

采用先酯化后共聚的方法合成聚羧酸系减水剂,考察以甲基丙烯酸（MMA）和甲氧基聚乙二醇（MPEG）为原料酯化合成大单体甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯（MPEGMA）过程中阻聚剂对苯二酚用量、酸醇摩尔比、反应温度等对酯化率的影响．以犬单体MPEGMA与马来酸酐、MMA和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸共聚合成聚羧酸类减水剂,考察减水剂合成过程中MPEG相对分子质量和引发剂过硫酸铵用量以及减水剂掺量对减水剂性能的影响．结果表明：阻聚荆质量分数为0．4％、酸醇摩尔比为1．5：1、反应温度为120℃时,酯化率可达到92．3％．当MPEG相对分子质量为1000、引发剂的质量分数为5％,合成的减水剂掺量质量分数为0．3％时,水泥的净浆流动度可达281mm．     

羧基密度对聚羧酸减水剂分散性能的影响

聚羧酸减水剂凭借着分子结构可设计性强,应用越来越广泛,本文主要通过调整聚羧酸减水剂的羧基密度来研究其分散性能,旨在研究出使聚羧酸减水剂分散性能最佳的羧基密度。主要结论有:随着羧基密度的增加,水泥对聚羧酸减水剂的吸附量增加,水泥净浆流动度增加,羧基密度为6的时候净浆流动度最好;剪切速率一定的情况下,剪切应力和黏度随着羧基密度的增加而降低,羧基密度为6的水泥的剪切应力和黏度最小,流动性最好;水泥胶砂实验中加入减水剂的水泥,力学性能有较大提高,且羧基密度为6的时候力学性能最佳。     

聚羧酸减水剂分散保持性的研究

从提高减水剂分散保持性的角度考虑,在烯基聚醚类聚羧酸减水剂合成过程中,通过引入酰胺基团和部分交联聚合物,缓慢释放具有分散功能的聚合物分子,使分散性能的经时损失得以变小,提高了烯基聚醚类聚羧酸减水剂的分散保持性能。     

聚羧酸减水剂对矿渣水泥性能影响的研究

将自制聚羧酸减水剂按照一定掺量掺入到不同配比的矿渣水泥中,比较了聚羧酸减水剂对不同矿渣掺量水泥的初始流动度、流动度经时损失、减水率、抗压与抗折强度以及凝结时间的影响,利用SEM技术对矿渣水泥水化产物的形貌进行表征.     

聚醚型聚羧酸减水剂的合成和表征及对水泥的微观作用机制

本文以聚醚、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯为原料,通过自由基聚合法合成了聚羧酸减水剂JS-PCE和BT-PCE。通过正交优化所得的JS-PCE合成条件为:聚合温度25 ℃,抗坏血酸-巯基丙酸混液、丙烯酸滴加时间分别为3 h、2.5 h,酸醚物质的量比为4.25∶1,引发剂加量为聚醚质量的1.10%。添加JS-PCE的水泥净浆流动度达230 mm,表现出较好的流动性。采用界面化学及电化学等方法探究了减水剂对水泥的微观作用机制,结果表明聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面存在饱和吸附量,其与水泥颗粒存在强吸附作用,因此产生分散和减水作用。流变行为分析得出JS-PCE和BT-PCE的最佳折固掺量分别为0.3%、0.4%。     

硫酸盐对不同侧链分子量聚羧酸减水剂分散性的影响

通过测定Na2 SO4和CaSO4·2H2O对掺侧链分子量不同的聚羧酸减水剂时水泥净浆流动度及砂浆扩展度的影响来表征硫酸盐对聚羧酸减水剂分散性的影响.结果发现:硫酸盐对聚羧酸减水剂的减水分散性能有不利影响;Na2SO4对聚羧酸减水剂分散性的负面影响较CaSO4·2H2O更显著;此外,侧链分子量较大的聚羧酸减水剂对Na2 SO4更加敏感.     

功能型聚羧酸系减水剂的合成及其性能研究

本文选择异戊烯醇聚氧乙烯醚2400 (TPEG2400)为大单体,以丙烯酸(AA),丙烯酸羟乙酯(HEA),丙烯酰胺(AM)、乙烯基膦酸(VPA)等为共聚单体,通过一定条件下的自由基聚合反应,合成一种同时具有缓凝和保坍作用的功能型聚羧酸系减水剂(PC),并对其性能进行检测.试验结果表明:共聚体系中nTPEG2400∶ nAM∶ nAA∶ nHEA∶nVPA的最佳配比为1∶0.35∶0.85∶3.20∶0.12时,合成的PC具有较好的保坍性能,2h坍落度基本无损失;缓凝作用较为显著;对不同水泥的适应性良好,具有较好的应用前景.     

梳形结构的侧链密度对聚羧酸系减水剂性能的影响

根据自由基聚合反应原理,通过聚合物分子结构设计和优选合成工艺方法,合成一系列主链聚合度不变、侧链密度不同的梳状结构聚羧酸系减水剂(PCA)。采用凝胶色谱仪测定PCA分子量分布及未反应单体含量。结果发现,对于聚合度为50的聚醚大单体,反应单体的酸醚比在2.5:1以下时,聚合反应转化率较低。为准确反映PCA结构对性能的影响,采用常规添加法、有效聚合物等质量添加法及等摩尔添加法测定不同结构PCA对水泥初始流动度及保持能力的影响,结果表明:随着侧链密度的减小,水泥初始净浆流动度增加;当侧链密度低于25%后,继续减小侧链密度,初始流动度增加不明显;水泥净浆流动性保持能力随侧链密度的减小而显著下降。     

水泥和泥对聚羧酸减水剂的吸附性能研究

本文选用水泥、砂中泥和种植泥作为试验研究对象,利用紫外可见分光光度计法(UV),测定反应设定时间后的聚羧酸减水剂浓度,研究水泥和泥对聚羧酸减水剂的吸附性能.试验结果表明:聚羧酸减水剂在水泥和泥表面的吸附量随时间延长而增加,最后达到平衡;聚羧酸减水剂在泥颗粒表面的吸附存在优先选择性和亲和性,使得其在泥颗粒表面的吸附速率和吸附量大于水泥;泥种类不同,吸附量大小不同,对净浆流动度的影响程度不同;泥的掺入会大大降低水泥净浆的流动度,增大流动度经时损失量,且掺量越大影响越大,因此在工程应用中,对原材料泥含量进行控制,降低泥对聚羧酸减水剂的吸附量,对提高减水剂的减水率,保证混凝土坍落度保留值具有重要意义.     

含三乙醇胺侧基聚羧酸减水剂的制备与性能

将富马酸(FA)与三乙醇胺(TEA)通过酯化反应制备了小分子前驱体小单体4-(2-(二乙醇胺基)乙氧基)-4-氧代-2-丁烯酸(FA-TEA).通过酯化率确定其产率为65％.以丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸钠(SMAS)、4-(2-(二乙醇胺基)乙氧基)-4-氧代-2-丁烯酸(FA-TEA)、甲基烯丙基聚氧乙烯醚(TPEG)为原料,通过氧化还原体系自由基共聚合反应制备了一种含有三乙醇胺侧链的新型聚羧酸减水剂.通过净浆流动度、凝结时间和自由水率等手段来表征其性能.该减水剂在碱性条件下酯键水解,羧酸根释放,再次吸附,其三乙醇胺侧链形成水化膜具有一定的滑移能力,使分散能力增强.     

硫氰酸钠与聚羧酸减水剂复配对水泥水化的影响研究

采用硫氰酸钠(SN)对普通聚羧酸减水剂(PC)进行复配改性,旨在开发一种低温、早强型聚羧酸减水剂.对比测试了PC与PC +SN对水泥胶砂与混凝土在低温(5℃)和常温(20℃)两种养护温度下强度发展的影响,通过对水泥水化热与水泥浆体化学结合水、水化产物、微结构与孔结构的测试,分析了SN早强剂对水泥浆体早期水化性能的影响.结果表明:在养护温度5℃时,掺入PC +SN的水泥胶砂1d、3d、7d、28 d强度较掺PC比,分别提高了138.5％、48.3％、51.2％、17.2％,掺入PC +SN的混凝土1d、3d、7d、28 d强度分别增长了182.1％、35.2％、34.9％、31％,而20 ℃条件养护时PC +SN的早强效果并不显著;PC复配SN早强剂后,增加了水泥早期水化放热速率与放热量,提高了水泥的水化程度,且浆体的水化产物数量增多,孔隙率降低,孔径减小,从而有利于混凝土早期强度的提高.     

聚羧酸系减水剂作为水泥助磨剂应用的初步研究

试验研究了聚羧酸系减水剂(PCE)作为水泥助磨剂使用时的助磨效果、所制水泥与PCE适应性及其对水泥水化温升速率的影响,分析了PCE作为水泥助磨剂使用的经济性。结果表明:PCE具有显著的助磨效果,但助磨效果不如TEA优异。由PCE和TEA磨制的水泥(两者掺量均为熟料质量的0.04%)均延缓了水泥的水化速率,但TEA磨制的水泥与PCE适应性不良,而PCE磨制的水泥与PCE适应性良好。从经济性和性能提升空间角度考虑,PCE作为水泥助磨剂应用于水泥生产中具有良好的应用前景。