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聚羧酸系高效减水剂及其机理研究

作　者: 李平
导　师: 张福强
学　校: 河北工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚羧酸高效减水剂净浆流动度分散机理流体力学半径吸附量
分类号: TU528.042.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚羧酸系高效减水剂具有高减水率、高保塌、高增强、水泥适应性强和安全环保等优点,日益受到人们的广泛关注。本文用分子量为1100和600的甲氧基聚乙二醇合成了大单体甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MPEGMA),研究了MPEGMA/AA/MAA/AMPS共聚物的合成、性能、作用机理其在水泥颗粒上的吸附特性。甲氧基聚乙二醇和甲基丙烯酸甲酯通过酯交换制备了MPEGMA,再将其与其他单体通过水溶液调节共聚合制备了梳型结构的聚羧酸系高效减水剂(PC),并用FTIR光谱分析了它们的结构。详细研究了大单体结构、加料方式、引发剂用量、丙烯酸预中和度、MPEGMA1100/MPEGMA600摩尔比、AA/MAA摩尔比以及中和试剂等因素对水泥净浆流动度的影响。此外,还研究了PEG支链组成对水泥砂浆强度的影响以及对水化过程的影响。结果表明,长支链和短支链PEG之间存在协同效应,短支链PEG提高了减水剂在水泥表面的吸附力和吸附的稳定性,长支链PEG提供了较大的空间位阻,二者结合能够较好地保证吸附和空间稳定作用,当MPEGMA1100/MPEGMA600摩尔比为1:0.2时,该减水剂的分散性和分散稳定性较好。当MPEGMA1100/MPEGMA600摩尔比为1:0.2、AA/MAA摩尔比为1:1、APS摩尔用量为5%、乙醇胺中和时,该减水剂的分散性能较好:折固掺量0.3%,水灰比0.29时,水泥流动度最大达330mm,120min后仍有220mm的流动度。利用超声波检测中连续的测试信号表征了砂浆微观结构的整个发展过程,探讨了聚羧酸系减水剂对水泥砂浆水化过程的影响。结果表明,含有长短PEG支链的聚羧酸系减水剂能够更好地延长初凝和终凝时间,延缓了水泥砂浆的放热,而且能更有效地保证水泥砂浆3d、7d、28d的抗压强度和抗折强度,明显优于单一PEG支链的减水剂和SNF,对于铝酸盐水泥也表现出了较好的分散性能。通过光散射实验测得PC在模拟水泥孔隙溶液中的平均流体力学半径和均方旋转半径分别为256.4 nm和118.7nm。结果表明,PC在水泥颗粒表面形成了类似核壳结构的聚集体,它的空间位阻有助于提高减水剂的分散稳定性。利用总有机碳仪测定了减水剂在水泥上的极限吸附量为2mg/g。PC在不同离子强度的溶液中聚集体大小的变化和在水泥颗粒的吸附熵变均显示了减水剂的弱影响强响应的软物质特性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章前言  9-20
  §1-1 减水剂的作用  9-10
  §1-2 传统型高效减水剂及其作用机理  10-16
    1-2-1 高效减水剂的分类  10-13
    1-2-2 作用机理  13-16
  §1-3 聚羧酸系高效减水剂的发展  16-19
    1-3-1 聚羧酸系高效减水剂的特点  16
    1-3-2 聚羧酸系高效减水剂的合成  16-17
    1-3-3 聚羧酸系高效减水剂的机理特征  17-19
  §1-4 本课题的研究内容  19-20
第二章聚羧酸系高效减水剂的合成及性能研究  20-32
  §2-1 主要试剂和原料  20-21
  §2-2 甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯的合成  21-22
    2-2-1 反应原理  21
    2-2-2 合成方法  21-22
  §2-3 聚羧酸系高效减水剂的合成  22-23
    2-3-1 反应原理  22
    2-3-2 合成方法  22-23
  §2-4 测试与表征方法  23-24
    2-4-1 减水剂固含量测定  23
    2-4-2 FTIR 红外光谱分析  23
    2-4-3 水泥净浆流动度测试  23-24
  §2-5 结果与讨论  24-31
    2-5-1 大单体MPEGMA 的FTIR 分析  24-25
    2-5-2 MPEGMA/AA/MAA/AMPS 共聚物的FTIR 分析  25
    2-5-3 大单体结构对水泥净浆流动度的影响  25-26
    2-5-4 大单体加料方式对水泥净浆流动度的影响  26-27
    2-5-5 APS 用量对减水剂的分散性能的影响  27
    2-5-6 丙烯酸预中和度对水泥分散性能的影响  27-28
    2-5-7 MPEGMA1100/MPEGMA600 摩尔比对分散能力的影响  28-29
    2-5-8 AA/MAA 摩尔比对水泥净浆流动度的影响  29-30
    2-5-9 中和试剂对水泥净浆流动度的影响  30
    2-5-10 减水剂掺量对水泥净浆流动度的影响  30-31
  §2-6 本章小结  31-32
第三章水泥砂浆水化过程及其强度  32-39
  §3-1 主要试剂和原料  32
  §3-2 测试方法  32-33
    3-2-1 水泥砂浆凝结时间测试  32
    3-2-2 水泥砂浆微观结构发展过程测试  32
    3-2-3 水泥水化放热曲线测试  32-33
    3-2-4 水泥砂浆强度测试  33
  §3-3 结果与讨论  33-38
    3-3-1 PEG 支链组成对水泥砂浆凝结时间的影响  33-34
    3-3-2 PEG 支链组成对铝酸盐水泥砂浆水化程度的影响  34-35
    3-3-3 聚羧酸系高效减水剂对硅酸盐水泥砂浆水化程度的影响  35
    3-3-4 PEG 支链组成对硅酸盐水泥强度影响  35-36
    3-3-5 聚羧酸系减水剂对普硅和铝酸盐水泥强度的影响  36-38
  §3-4 本章小结  38-39
第四章聚羧酸系高效减水剂的分散机理的初步探讨  39-48
  §4-1 实验部分  39-40
    4-1-1 PC-1 在水泥胶体中的聚集态的测定  39
    4-1-2 PC-1 在溶液中的聚集体大小及分布的测定  39
    4-1-3 PC-1 在水泥颗粒上的吸附量测定  39-40
  §4-2 PC-1 在水泥水化过程中的作用机理的初步探讨  40-42
  §4-3 聚羧酸系减水剂在水泥颗粒上的吸附量  42-44
  §4-4 减水剂的软物质特性  44-47
    4-4-1 软物质  44-46
    4-4-2 聚羧酸系减水剂的软物质特性  46-47
  §4-5 本章小结  47-48
第五章结论  48-49
参考文献  49-52
致谢  52-53
攻读硕士学位期间所获得的科研成果  53

聚羧酸系高效减水剂及其机理研究

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