含环氧丙烷结构单元的聚羧酸减水剂的合成及性能

以环氧丙烷(PO)、环氧乙烷(EO)嵌段共聚的聚醚大单体和丙烯酸(AA)为原料,通过水相自由基聚合合成4种聚羧酸减水剂(PCEs).凝胶渗透色谱、红外光谱、核磁共振等测试确认在PCEs结构中成功引入了疏水性的PO结构单元.测试结果表明,在PCEs聚醚侧链中引入疏水性的PO结构单元,能够改善水泥浆体的保坍性能和降低水泥的剪切黏度,随着聚醚侧链中PO结构单元数的变化,PCEs的性能特点略有差异.进一步由总有机碳分析仪(TOC)测试和Ze-ta电位测试结果间接说明,部分羧酸吸附基团被卷曲的疏水性PO结构单元包埋,影响了PCEs在水泥颗粒上的吸附,改善了PCEs的保坍性能.     

超长侧链型聚羧酸梳形共聚物对水泥早期水化的影响

选用了一组超长侧链型聚羧酸梳形共聚物作为水泥体系的分散剂,通过水化热测定、强度试验和扫描电镜等表征手段,研究了超长侧链型聚羧酸梳形共聚物分散剂对水泥早期水化的影响.研究发现,超长侧链型聚羧酸梳形共聚物比普通聚羧酸梳形共聚物具有加速水泥水化、提高水泥基材料强度的作用.扫描电镜得到的形貌结果发现,超长侧链型聚羧酸梳形共聚物的掺入改变了水化产物的形貌,并且侧链越长,呈絮状的C-S-H凝胶和呈针状的钙矾石晶体明显增加.这说明超长侧链型聚羧酸加速了C-S-H凝胶和钙矾石晶体的形成,促进了水泥混凝土体系早期强度的形成.     

疏水烷基酯侧链对聚羧酸系减水剂分散及保坍性能的影响

为了研究聚羧酸系减水剂(PCA)分子结构中疏水侧链对新拌混凝土坍落度及其损失的影响,以马来酸酐(MA)、异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)和丙烯酸烷基酯为原料,过硫酸铵为引发剂,通过自由基聚合合成了4种不同疏水侧链长度(疏水侧链含碳个数分别为4、8、12和18)的聚羧酸系减水剂。通过水泥净浆流动度、流动性损失等指标检验了聚羧酸系减水剂的分散性能及保坍性能,结果表明随着疏水侧链长度的增加,聚羧酸系减水剂的分散性能逐渐提高,保坍性能有所改善。吸附量和zeta电位测试结果解释了这种现象的原因,随着疏水侧链长度的增加,水泥颗粒表面zeta电位绝对值逐渐增加,水泥颗粒表面上的持续吸附能力逐渐增强。     

长侧链两性聚羧酸系减水剂对水泥早期水化的影响

考察了不同阳离子含量的长侧链两性聚羧酸系减水剂(APCs)对水泥早期水化的影响。结果表明,相较于纯阴离子型的普通聚羧酸系减水剂PCs,含阳离子的APCs能够加速水泥的水化,促进早期水化产物生成,从而提高水泥早期强度。当共聚物中阳离子的含量为10%时(APC-10),水泥浆体最快进入水化加速反应阶段。热重与扫描电镜的结果也证实,在相同的龄期内,掺APC-10的样品中生成更多的羟钙石和簇状水化产物。但随着阳离子含量的进一步增加,长侧链两性聚羧酸减水剂对水化的促进作用减弱甚至消失,试件的早期强度反而有所降低。     

不同梳状键接结构聚羧酸在高性能混凝土中的应用性能和作用机理

梳状结构聚羧酸具有优异的分子结构可设计性,为绿色混凝土的生态化、高性能化提供了理论基础和技术支撑。本研究以聚丙烯酸(PAA)、羟基甲氧基聚氧乙烯丙烯醚(HMPEPG)、氨基甲氧基聚氧乙烯丙烯醚(AMPEPG)为反应原料,根据酯化和酰胺化反应,分别设计合成了以酯基和酰胺键接主侧链的梳状结构聚羧酸(PCE),并通过红外光谱(IR)和分子量测试证明了分子结构符合预期设计。水泥净浆和混凝土应用性能结果表明,酯基键接聚羧酸的初始净浆流动度和混凝土早期强度更优,酰胺键接聚羧酸的净浆流动度保持能力和混凝土扩展度更优。二者的作用机理存在显著差异,酯基键接聚羧酸的吸附行为更稳定,更易快速成核水化,酰胺键接聚羧酸的表面张力更低,气-液界面取向能力更强。本研究合成的酯键和酰胺键两种方式连接主侧链的梳状结构聚羧酸可分别应用于高早强要求和高泵送要求的混凝土,具有较好的应用前景和推广价值。     

磨细石灰石粉对减水剂-水泥适应性的影响

采用化学分析、热分析、Zeta电位分析等手段研究聚羧酸和萘系减水剂在磨细石灰石粉存在下与水泥的适应性。结果表明:在磨细石灰石粉存在下,聚羧酸减水剂促进水泥水化初期钙矾石和单碳型水化硫铝酸钙的生成,降低水泥对减水剂的吸附;而萘系减水剂的吸附量大,石灰石粉加速了水泥颗粒表面的减水剂被生成的水化产物覆盖的过程,导致流动度损失加快。因此,在石灰石粉存在下,聚羧酸减水剂的适应性较萘系减水剂更佳。     

聚羧酸系减水剂对石墨烯分散性的影响（英文）

石墨烯用于水泥基材料不仅可以起到增强增韧作用,还可以提高水泥基体的自感应能力,石墨烯的均匀分散是其在水泥基体中应用的瓶颈问题。在本研究中,笔者合成了4种电荷密度和侧链长度不同的聚羧酸类减水剂(PCEs)。利用紫外分光光谱仪、动态光散射仪、超景深光学显微镜等方法研究了不同结构PCEs对石墨烯分别在去离子水体系和水泥孔溶液体系中分散性的影响,并提出了石墨烯的分散机理。结果表明,在去离子水体系中,高电荷密度的PCE具有更高的静电排斥力,更有利于石墨烯的分散;而具有较低电荷密度和较长侧链的PCE降低了石墨烯的分散性。相反,在水泥孔溶液体系中,对于高电荷密度PCE,由于聚羧酸基团与Ca~(2+)的桥接效应,降低了PCE间库仑力的排斥作用,从而降低了石墨烯的分散性;对于低电荷密度的PCE,由于聚羧酸基团与Ca~(2+)的桥接效应不显著,空间位阻发挥主要作用,石墨烯分散性较好。此外,具有较长侧链的PCE在两种体系中均表现出较差的分散效率。总体来说,具有低电荷密度和较短侧链的PCE更适合于制备石墨烯水泥复合材料。     

低收缩型混凝土用聚羧酸系减水剂的制备及性能

采用自由基共聚法,以苯乙烯磺酸钠(SS)和2-羟乙基乙烯基聚氧乙烯聚氧丙烯醚大单体(IPEG-PPG)为主要合成原料,并加入自制减缩组分(RS)共聚,制备了低收缩聚羧酸系减水剂(SRPC),通过凝胶渗透色谱、红外光谱和核磁共振测试分析了其相对分子质量及其分布以及特征官能团。测定了表面张力、对水泥颗粒吸附行为、混凝土自收缩及各项混凝土应用性能(减水率、含气量、抗压强度),并分析其吸附-降低表面张力的减缩机理。结果表明,当侧链接枝密度(EO∶PO)为3∶1,侧链长度为23且摩尔比RS∶SS∶IPEG-PPG=3∶0.6∶1时合成的聚羧酸系减水剂具有高减水性能且对混凝土具有低收缩的作用。     

二臂超支化聚羧酸减水剂的合成表征及性能

以氯化亚砜和甲氧基聚乙二醇(MPEG)为原料合成氯代甲氧基聚乙二醇(Cl-MPEG),对乙醇胺表面的氨基进行聚乙二醇(PEG)长链接枝,通过丙烯酰氯进一步引入双键合成二臂超支化聚氧乙烯醚大单体(TAHBPE)。将TAHBPE与丙烯酸小单体采用水溶液自由基共聚法合成二臂侧链超支化型聚羧酸减水剂(TAHB-PCEs)。采用红外光谱、核磁共振、质谱、凝胶渗透色谱对合成过程的中间和最终产物进行了结构表征。结果表明,成功合成了Cl-MPEG,TAHBPE和TAHB-PCEs。净浆流动度和流变性测试结果表明,TAHB-PCEs的净浆流动度达到298.5 mm,屈服应力和黏度均小于传统梳型聚羧酸减水剂。通过表面张力、接触角对TAHB-PCEs的分散作用机理进行了探讨,保持聚羧酸减水剂的羧酸根密度不变、缩短侧链长度、增大侧链密度可降低其表面张力和表面能,有利于其在水泥表面的润湿,达到更好的减水分散性能。     

侧链疏水性对减缩型聚羧酸性能的影响EI北大核心CSCD

将HLB值分别为17.5、15.6和11.7的疏水改性聚醚作为侧链引入到以丙烯酸(AA)为主链的聚合物中,合成了重均相对分子质量25000~30000的3种聚合物SR-PCA1、SR-PCA2、SR-PCA3。探索了侧链HLB值对干燥收缩及分散性能的影响规律,开发了SR-PCA2减缩型聚羧酸。掺量为胶凝材料总质量的0.4%时,减水率达20%,28d混凝土干燥收缩减少25.7%,有效解决了吸附分散与低表面张力间的矛盾,在低掺量下实现了减缩、分散与分散保持性能的协调统一。同时,研究了侧链HLB值-孔溶液表面张力-孔溶液K+、Na+浓度-吸附行为间的关系,揭示了减缩型聚羧酸的作用机理。     

聚羧酸系减水剂的构性关系及其作用机理研究

聚羧酸系减水剂作为一种高性能减水剂,目前已成为国内外研究与发展的热点。概述了近几年国内外高效减水剂的研究与发展现状,阐述了聚羧酸系高效减水剂的分子结构、性能特点及作用机理,分子主链上阴离子基团越多及聚氧乙烯长侧链越长,聚羧酸系减水剂的分散性能和流动保持性能越好。聚羧酸系减水剂主要依靠聚氧乙烯长侧链的位阻效应和羧基及磺酸基的静电斥力来分散水泥颗粒。最后,提出了减水剂在应用中存在的问题并展望了其发展趋势。     

侧链疏水性对减缩型聚羧酸性能的影响

将HLB值分别为17.5、15.6和11.7的疏水改性聚醚作为侧链引入到以丙烯酸(AA)为主链的聚合物中,合成了重均相对分子质量25000~30000的3种聚合物SR-PCA1、SR-PCA2、SR-PCA3。探索了侧链HLB值对干燥收缩及分散性能的影响规律,开发了SR-PCA2减缩型聚羧酸。掺量为胶凝材料总质量的0.4%时,减水率达20%,28d混凝土干燥收缩减少25.7%,有效解决了吸附分散与低表面张力间的矛盾,在低掺量下实现了减缩、分散与分散保持性能的协调统一。同时,研究了侧链HLB值-孔溶液表面张力-孔溶液K+、Na+浓度-吸附行为间的关系,揭示了减缩型聚羧酸的作用机理。     

硅烷改性聚羧酸减水剂对水泥-硅灰浆体分散性能影响及机理?

硅灰是超高强混凝土(UHSC)中最难被分散的组分,超高强混凝土性能提升需要硅灰的有效分散.通过自由基反应,将乙烯基三乙氧基硅烷接枝引入了主链结构中,合成了一种含有硅烷基团的聚羧酸减水剂(PCES).采用微坍落度法研究了 PCES 对水泥-硅灰浆体流动性的影响规律.用有机碳分析仪研究了PCES在水泥净浆和硅灰表面的吸附性能.研究结果表明,聚羧酸减水剂分子结构中引入硅烷基团后,分散水泥-硅灰浆体的能力明显提高,在水泥颗粒表面吸附量增加幅度不大,而在硅灰表面的吸附量有较大幅度增加.PCES能够在含有羟基的硅灰表面同时发生物理吸附和化学吸附,硅灰表面吸附更多的减水剂分子后,其空间排斥能增加,这可能是PCES分散能力提升一个机理.相较普通聚羧酸减水剂,硅烷改性的聚羧酸减水剂更适宜配制超高强混凝土.     

高保坍型聚羧酸减水剂的合成及其对混凝土性能的影响分析

以甲基烯丙基聚乙二醇醚(TPEG-2400)、丙烯酸(AA)等为单体,过硫酸铵(APS)为引发剂,甲基丙烯磺酸钠(MAS)为链转移剂,在水溶液中进行了自由基共聚反应合成了高保坍型聚羧酸减水剂,探究了最佳合成工艺及其对混凝土应用性能的影响。结果表明,水泥净浆初始和1 h的流动度随着酸醚比、链转移剂MAS用量、引发剂APS用量、温度和滴加时间的增加,均表现出先增大后减小的趋势。当n(AA)∶n(TPEG)=4∶1,MAS用量为AA和TPEG总质量的3%,引发剂APS用量为AA和TPEG总质量的3%,反应温度为60℃,滴加时间为1.5 h时,水泥净浆初始和1 h的流动度达到了最大值,合成的高保坍型聚羧酸减水剂性能最优。在此条件下合成的聚羧酸减水剂与市售TPEG型减水剂和HPEG型减水剂相比,具有更优的分散性、保坍性能和抗压强度。     

聚羧酸在水泥表面覆盖面积对分散性能的影响

通过自由基热聚合和可逆加成-断裂链转移法合成了不同主链刚柔性、不同序列结构分布的聚羧酸(polycarboxylate superplasticizer,PC)模型分子,系统的考察了PC分子结构与溶液构象、吸附性能以及宏观性能(如分散性能、流变性能)的关系,发现不同结构的PC宏观分散性能的差异主要来自于PC在水泥颗粒表面覆盖面积的差别。而PC的表面覆盖面积由两方面决定,一方面PC在水泥颗粒表面的单分子吸附层厚度;另一方面是PC在水泥颗粒表面的吸附量。单分子吸附层厚度越厚,在水泥颗粒表面的吸附量越大,PC在水泥颗粒表面的覆盖面积越大,对水泥浆体的分散性能越好。     

超早强聚羧酸对低坍落度混凝土流变与气泡结构经时变化的影响

分别采用两种超长侧链聚羧酸减水剂与一种常规聚羧酸减水剂制备低坍落度混凝土,通过测试分析湿筛砂浆流动度、流变性、气泡结构参数以及三维重构气泡形态,对比研究了超长侧链聚羧酸减水剂对混凝土工作性能与气泡特征经时变化的影响.结果表明:低坍落度混凝土湿筛砂浆符合宾汉姆流体特征,流动度与屈服应力具有强线性相关性,减水剂种类对其影响较小,但超长侧链聚羧酸对砂浆流动度的经时保持作用明显弱于普通聚羧酸.超长侧链聚羧酸在砂浆中的引气数量和小孔径气泡占比均低于普通聚羧酸,并且超长侧链聚羧酸加速了砂浆中小孔径气泡向大孔径气泡的转变.CT三维重构试验直观地证实了砂浆中相邻小气泡聚并成大气泡现象的存在,超长侧链聚羧酸使得砂浆中气泡聚并发生的时间比普通聚羧酸更早.     

含短侧基低分子量聚羧酸系减水剂的合成与作用机理探讨

利用合成的马来酸酐柠檬酸酯类大单体(MACA)与丙烯酸(AA)、烯丙基磺酸钠(SAS)等进行自由基聚合,制备出一种含短侧基低分子量的新型聚羧酸系减水剂。通过红外光谱、黏度、水泥净浆流动度和ζ电位等方法对共聚物的结构组成和性能进行了表征,并初步探讨了新型聚羧酸系减水剂与水泥的作用机理。研究表明:该减水剂有较好的分散性,且水泥净浆流动度保持性较好,无泌水离析现象;该减水剂与水泥粒子的塑化机理符合静电斥力与空间位阻理论。     

聚羧酸型梳状共聚物的合成和超分散性能研究

以聚氧乙烯甲基烯丙基二醚(APEO-n)、顺丁烯二酸酐(MAn)、苯乙烯(St)等为共聚单体,采用不同引发剂,合成了一系列聚羧酸型梳状共聚物超分散剂,并以PEO-n单酯化得酯化产物,研究了共聚物的结构、组成、添加量等对水泥粒子分散性能的影响。结果表明：超分散剂的性能受端基效应、酯化作用、接枝链的长度和密度的影响,当接枝链长度为30时,分散性能良好。     

硫铝酸盐水泥用抗泥型聚羧酸减水剂的制备及性能

以过硫酸铵(APS)为引发剂,丙烯酸(AA)、肉桂酸(CINN)、异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)为反应单体,通过自由基共聚反应合成了一种新型的硫铝酸盐水泥用抗泥型聚羧酸减水剂(CPC)。通过单因素变量法,分别研究了CINN用量、引发剂用量、酸醚比和反应温度对CPC性能的影响。研究结果表明,当引发剂用量为TPEG质量的0.25%,n(TPEG)∶n(AA)∶n(AMPS)∶n(CINN)=1∶5∶0.3∶0.25,反应温度为85℃时CPC的性能最佳。在膨润土掺量为水泥质量的5%(下同),CPC用量为0.75%,水灰比为0.29时,硫铝酸盐水泥初始净浆流动度达到261mm,2h后净浆流动度为235.5mm。红外分析结果表明,CPC的分子结构中含有羧基、羟基、苯环等基团,符合预期的结构组成;总有机碳测试结果表明,膨润土对CPC的吸附量较少而对硫铝酸盐水泥用普通聚羧酸减水剂的吸附量较多;Zeta电位测试结果表明,CPC分子主要通过空间位阻作用对水泥颗粒进行分散。     

一种嵌段聚羧酸减水剂的制备与表征

以CuCl、CuCl_2为催化剂,bipy为配体,2-溴丙酸甲酯为引发剂,通过原子转移自由基聚合的方法,采用二甲基亚砜(DMSO)和H_2O混合溶剂取代单一溶剂,合成了大分子引发剂POEGMA-Br;POEGMA-Br引发甲基丙烯酸叔丁酯聚合后水解,最终得到了PDI可控(PDI1.25)的嵌段聚羧酸POEGMA-b-PMAA。核磁共振氢谱与凝胶渗透色谱证明所得POEGMA-b-PMAA序列结构完全可控。将该嵌段聚羧酸用于水泥基材料分散,该聚合物能有效吸附于水泥颗粒上并减小团聚体尺寸,说明POEGMA-b-PMAA能分散水泥颗粒并改善水泥基材料的工作性。