微波作用下β-环糊精改性酰胺型聚羧酸减水剂的制备及性能研究

β-环糊精为大体积立体空腔构型,兼具外缘亲水、内腔疏水特性,经马来酸酐酯化改性后,结合酰胺型聚羧酸减水剂高性能优势,采用微波辐射技术制备出含β-环糊精侧基的酰胺型聚羧酸减水剂。通过水泥净浆流动度测试表明,在pH值7~11之间β-环糊精改性酰胺型聚羧酸减水剂(MPC)具有较好的耐碱性质;与无β-环糊精侧基的酰胺型聚羧酸减水剂相比,MPC在水泥颗粒表面吸附性强,当掺量为4 g/L时,体系Zeta电位绝对值达41.2 mV,具有较好的静电斥力效应,产品分散性能良好,且减水剂掺量0.5%时,砂浆减水率为34.3%;经MPC性能测试表明,β-环糊精改性酰胺型聚羧酸减水剂兼有缓凝和高效减水效能,与空白样相比,掺量0.3%、0.5%对应的7、28 d抗压强度分别增强了24.6%、37.2%、30.5%、31.4%,说明减水剂对水泥试块后期强度增强显著;并借助红外光谱和扫描电镜技术,依据减水剂分子构效原理,探究了减水剂相关作用机理,以为后期高性能聚羧酸减水剂的开发提供理论基础。     

微波辐射β-环糊精改性APEG型聚羧酸减水剂合成

以烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)、马来酸酐-β-环糊精共聚物、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠为原料,在引发剂过硫酸铵作用下,经微波辐射制备出含β-环糊精结构的醚类侧链型聚羧酸减水剂。结果表明,β-环糊精改性聚羧酸减水剂具有较好的分散、缓凝和增强作用,当减水剂掺量为0.5%时,水泥净浆初始流动度达325 mm,水泥的初凝、终凝时间差分别为202 min和420 min,水泥胶砂7 d、28 d抗压强度比分别为124.6%和121.4%。     

β-环糊精类聚羧酸减水剂的抗泥性能研究

本文作者合成了含有β-环糊精基团的聚羧酸减水剂(PCD-1),并对其抗泥性能进行了详细研究。研究表明,在砂含泥量为6.0%时,掺PCD-1的水泥净浆仍然具有一定的流动性,而对比样品已经完全丧失减水分散能力;当砂含泥量从0.5%增至3.0%时,PCD-1的掺量增幅变小,数据表明PCD-1具有极强的抗泥能力。吸附试验证实,泥对PCD-1的吸附量减小,这是β-环糊精类聚羧酸减水剂(PCD-1)抗泥能力增强的主要原因。     

季铵盐型黏土抑制剂的合成与性能研究

通过亲核取代反应,以β-环糊精(β-CD)和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTAC)为主要原料制备了一种季铵盐型黏土抑制剂。红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(1H NMR)分析结果表明,β-CD和CHPTAC反应得到了目标产物。水泥净浆流动度测试结果表明:当聚羧酸减水剂(PC)与黏土抑制剂折固掺量分别为0.15%和0.015%时,水泥净浆30 min流动度为257 mm,较仅掺加PC时增大5%;当水泥中内掺1%膨润土时,水泥净浆30 min流动度为181 mm,较仅掺加PC时增大13%,自制黏土抑制剂有效降低了聚羧酸减水剂对黏土的敏感性。     

β-环糊精改性聚羧酸减水剂的制备与抗泥性能研究

利用β-环糊精(β-CD)与异丁烯醇聚氧乙烯醚(HPEG)形成包合物,并将β-CD引入聚羧酸减水剂侧链,合成β-CD改性聚羧酸减水剂,通过β-CD限制HPEG侧链的分子运动,减小膨润土对聚羧酸减水剂性能的影响。该改性减水剂的合成工艺与常规聚羧酸减水剂相近,无需对β-环糊精进行化学改性。净浆和混凝土试验结果表明,β-CD改性聚羧酸减水剂具有优异的分散性和抗泥效果,当β-CD用量为HPEG质量的5%时,改性聚羧酸减水剂(PCE5)的初始分散性和保坍性受膨润土的影响最小,抗泥效果最佳。     

抗泥型聚羧酸减水剂的研究(Ⅰ)——普通型

利用甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)、丙烯酸(AA)、磷酸类功能性单体(PFM)和β-环糊精马来酸单酯(β-CD-MAH),以过硫酸铵(APS)为氧化剂,化合物C为还原剂,通过自由基共聚反应合成了抗泥型聚羧酸减水剂。研究了掺该减水剂的水泥净浆和混凝土的性能,并采用凝胶渗透色谱(GPC)、X射线衍射(XRD)和总有机碳分析测试(TOC)对减水剂的抗泥机理进行了研究。结果表明,经PFM和β-CD-MAH改性后的减水剂具有明显的抗泥保坍效果,并能有效改善含泥混凝土的工作性和长期性能。     

聚羧酸减水剂对β-半水磷石膏性能的影响

研究了4种减水剂对β-半水磷石膏流动度的影响,并进一步分析了不同掺量聚羧酸减水剂PS-L对β-半水磷石膏流动度、凝结时间、标准稠度用水量及力学性能的影响,通过扫描电镜（SEM）、全自动压汞仪（MIP）分析了磷石膏的晶体形貌、孔隙率及孔径分布。结果表明,PS-L可有效增大β-半水磷石膏的流动度,延长凝结时间。当PS-L掺量为0.5%时,标准稠度用水量降低至49%,抗压、抗折强度分别为14.8、3.85 MPa,比空白样分别提高了62.6%、57.1%。PS-L使得粗大的板状晶型减少,晶体间搭接更紧密。当PS-L掺量为0.3%,孔隙率和中值孔径分别为51.6%和1065.3 nm,与空白样相比分别降低了12.17%、27.50%。β-半水磷石膏颗粒越细,在0.1%～0.5%范围内,聚羧酸减水剂PS-L掺量越高,硬化体的力学性能越好。     

矿物掺合料对水泥与减水剂相容性的影响

减水剂与水泥容易出现相容性不良的问题,而添加适量矿物掺合料有助于改善水泥与减水剂的相容性。该文研究了三种减水剂和粉煤灰、硅灰和矿渣粉与水泥的相容性,通过测定相应时间的水泥净浆流动度表征相容性。通过改变减水剂的种类和掺量,确定了减水剂的最佳掺量(饱和点掺量),改变矿物掺合料的掺量,确定了粉煤灰、硅灰和矿渣粉的最佳掺量。采用TOC法测试了矿物掺合料对聚羧酸减水剂吸附量的影响;采用电声法测定了水泥-聚羧酸减水剂体系浆体的zeta电位,分析了矿物掺合料影响聚羧酸减水剂与水泥相容性的机理。结果表明:两种聚羧酸系高性能减水剂与水泥和粉煤灰、硅灰和矿渣粉的相容性比萘系减水剂效果好,在一定掺量范围内,粉煤灰和矿渣粉能够明显增加水泥浆体的流动度,硅灰显著降低了水泥浆体的流动性,复掺效果较好,矿物掺合料的最佳掺量为:粉煤灰15%,硅灰5%,矿渣粉10%,粉煤灰与矿渣粉有利于增加聚羧酸减水剂的有效吸附量,降低水泥-聚羧酸减水剂浆体的zeta电位,改善水泥浆体的和易性。     

基于正交试验设计的活性粉末混凝土配合比优化研究

运用正交试验设计活性粉末混凝土的配合比,考虑四因素三水平,以抗压强度及抗折强度作为试验的考核指标,得到掺硅粉的二元胶凝体系活性粉末混凝土的最佳配合比为:水胶比0.2,硅粉掺量0.2(硅粉/水泥),聚羧酸盐高效减水剂用量5%,钢纤维掺量3%。在二元胶凝体系基础上掺加粉煤灰,通过优化,最终得到三元胶凝体系活性粉末混凝土的最佳配合比:水胶比0.2,硅粉掺量0.2(硅粉/水泥),聚羧酸盐高效减水剂用量5%,钢纤维掺量3%,粉煤灰掺量0.2(粉煤灰/水泥)。     

含酰胺基团早强型聚羧酸减水剂的制备及性能研究

以异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)和丙烯酸(AA)为主要聚合单体,选用丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和N-羟甲基丙烯酰胺(HAM)3种含酰胺基团的早强功能单体,在双氧水-抗坏血酸氧化还原引发体系和巯基乙酸链转移剂条件下制备了早强型聚羧酸减水剂。性能测试及红外光谱分析结果表明:当n(TPEG)∶n(AA)∶n(HAM)=1.0∶3.6∶0.4时,制备的减水剂早强效果优异,该减水剂折固掺量为0.2%时,与掺普通型聚羧酸减水剂的胶砂强度相比,其1 d、3 d抗压强度分别提高了15.35%、8.83%;酰胺官能团红外特征峰明显,表明早强型聚羧酸减水剂分子主链上含有酰胺基团。     

减水剂对风积砂充填胶凝材料性能的研究

研究了不同种类及掺量的减水剂对风积砂(水泥∶砂子为1∶10)充填胶凝材料的流变性能及强度的影响规律。通过旋转黏度计和扫描电镜(SEM)分别对其流变参数和微观形貌进行表征。结果表明:分别以磺酸钠掺量为0.25%,萘系减水剂的掺量为0.70%,聚羧酸的掺量为0.90%明显都能改善风积砂充填料浆的流变性能,也均能满足条带充填材料强度提出的对8 h和28 d强度的要求。其中当萘系减水剂掺量为0.70%时,风积砂充填胶凝材料的抗压强度和抗拉强度都比掺其他两种减水剂的强度值均要大。     

两性型聚羧酸减水剂与炉渣水泥相容性的研究

在炉渣掺量分别为0、10%、30%和50%的混凝土中,分别掺入阴离子型聚羧酸减水剂(PC)和两性型聚羧酸减水剂(APC),设计坍落度为(210±10)mm,测试混凝土塑性阶段和硬化阶段的性能,探讨两性型聚羧酸减水剂APC与炉渣水泥的相容性。结果表明:APC能更好地提高炉渣水泥体系的吸附分散性能;但是掺入APC同时增大了混凝土引气性,降低硬化混凝土早期强度,不利于大掺量炉渣的使用。     

温度与硅烷替代率对硅烷改性聚羧酸减水剂分散性能的影响

本试验采用γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷KH570替代部分丙烯酸,通过自由基聚合反应,制得硅烷改性聚羧酸减水剂,选取2个变量进行单因素试验设计:温度、KH570掺量,以掺加0.5%的Na_2SO_4和不掺的净浆体系的流动度用来检验硅烷改性聚羧酸减水剂的分散性能。结果表明:聚合反应的最优方案为T=30℃,KH570=3.67%,但掺加Na_2SO_4组的主要影响因素为温度。与不掺组体系不同,表明由于Na_2SO_4的掺入,减水剂分散性能会受到不良影响。     

机制砂超高性能混凝土(UHPC)性能影响因素试验研究

超高性能混凝土(UHPC)在拥有超高力学性能的同时普遍存在流动性较差的问题。为了寻求二者之间的平衡,首先通过单因素试验分析了石英砂掺量、粉煤灰掺量、减水剂掺量和钢纤维掺量对UHPC流动性及抗压强度的影响,其次利用正交试验得出了各因素对UHPC流动性及抗压强度影响的主次顺序,确定了最优配合比。结果表明:当石英砂掺量为32%(机制砂掺量为68%)、粉煤灰掺量为15%、减水剂掺量为0.39%、钢纤维掺量为2%时,配制出的UHPC工作性和力学性能良好,并成功应用于某高架桥维修加固工程中。     

含酰胺基团早强型聚羧酸减水剂研究

以环氧乙烷/环氧丙烷嵌段聚醚和丙烯酸作为主要聚合单体，分别选用含酰胺基团的丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为功能单体，在常温常压下合成早强型聚羧酸减水剂。考察聚合体系中丙烯酸用量、氧化还原体系、链转移剂、反应温度等因素对产品性能的影响。结果表明，在n(聚醚单体)∶n(丙烯酸)∶n(丙烯酰胺)=1∶8∶0.24、H₂O₂/抗坏血酸氧化还原体系、温度40℃条件下制备的减水剂早强效果最优。与掺常规聚羧酸减水剂相比，含酰胺基团早强型聚羧酸减水剂折固掺量为水泥质量的0.28%时，制得的混凝土1、3 d抗压强度可提高18.5%、17.8%，初、终凝时间分别缩短53%、35%。     

减水剂中缓凝组分对速凝剂性能的影响

研究了蔗糖、葡萄糖酸钠等减水剂中常用缓凝组分对掺碱性速凝剂、无碱速凝剂的净浆凝结时间和砂浆抗压强度的影响规律。结果表明,减水剂中缓凝组分的种类和掺量对掺碱性速凝剂的净浆凝结时间影响较大,其中蔗糖的缓凝作用最强。蔗糖对掺碱性速凝剂砂浆1 d抗压强度的降幅最大。除高掺量(≥0.06%)的蔗糖外,缓凝剂对掺碱性速凝剂砂浆的3 d抗压强度无不利影响。环糊精和三聚磷酸钠则会随着掺量增加而降低掺碱性速凝剂砂浆的28 d抗压强度比。减水剂中缓凝组分对掺无碱速凝剂的净浆凝结时间基本无不利影响,对掺无碱速凝剂的砂浆的后期强度亦无不利影响,但会不同程度降低其早期强度。     

不同减水剂掺量对水泥体系流动收缩性及强度的影响研究

本课题以科之杰Point-M聚羧酸减水剂的掺量为变量,主要采用了Minislump微型坍落度仪法和水泥微结构模型法,研究不同减水剂掺量对水泥体系流动度,水泥胶砂强度以及收缩率的影响。结果表明,当减水剂掺量低于0.25%时,能够一定程度地提高水泥净浆流动度和水泥胶砂强度,并且抑制水泥胶砂的收缩;当聚羧酸减水剂掺量达到0.25%时,水泥体系的各项性能都达到了最优;当聚羧酸减水剂掺量超过0.25%时,1水泥净浆的流动性能基本与掺量在0.25%时一致;2水泥胶砂的抗压和抗折强度都发生明显的下降,甚至低于空白组;3水泥胶砂的收缩率明显增大,甚至超过空白组。     

纤维再生混凝土的抗冻性能试验研究

采用正交试验研究再生骨料掺量、粉煤灰掺量、减水剂掺量以及加入不同种类的纤维4个配合比参数对纤维再生混凝土抗冻性能的影响,得出满足再生混凝土(设计强度C35)良好抗冻性的最佳配合比。试验结果表明:当再生骨料掺量为50%、粉煤灰掺量为10%、减水剂掺量为0.5%,选用铣削波纹型钢纤维时,再生混凝土可满足强度及良好抗冻性能。     

多元复合引发体系常温合成高减水型聚羧酸减水剂研究

以异丁烯醇聚氧乙烯醚(HPEG)、丙烯酸(AA)、马来酸二甲酯(DMM)为主要单体,通过引发体系对比,选取双氧水(H_2O_2)-过硫酸铵(APS)/维生素C(VC)-硫代硫酸钠(Na_2S_2O_3)为多元复合引发体系,采用水溶液自由基聚合,常温制备了一种高减水型聚羧酸减水剂(PCE)。通过正交试验,得出合成最佳工艺条件为:氧化剂和还原剂质量比为5.5,酸醚比为4.25,链转移剂用量为大单体质量的0.5%,初始反应温度25℃,滴加时间2 h,酯醚比为0.3。混凝土试验表明,当减水剂折固掺量为0.12%时,减水率达34.5%,与其他减水剂相比具有更好的分散性和分散保持性能。     

聚羧酸减水剂与胶凝材料的相容性研究

通过水泥净浆扩展度实验,研究了普通型聚羧酸减水剂和缓释型聚羧酸减水剂与不同胶凝体系的相容性,试验结果表明:普通型聚羧酸减水剂和缓释型聚羧酸减水剂与不同的胶凝体系形相容性较好,净浆扩展度均无经时损失;在水泥-粉煤灰体系中,达到饱和掺量之前,相比较普通型减水剂,缓释型减水剂有更好的工作性保持能力,达到饱和掺量之后,普通型减水剂和缓释型减水剂有一定的工作性保持能力;在水泥-矿渣粉体系中,缓释型聚羧酸减水剂超掺时,混凝土拌合物易出现离析。