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高强型石膏专用聚羧酸系高性能减水剂（GPS）合成与工艺研究

作　者: 惠泊宁
导　师: 刘东辉
学　校: 昆明理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 聚羧酸系聚合物建筑石膏减水剂抗折强度莫氏硬度
分类号: TQ177.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

天然石膏胶凝材料制品具有尺寸稳定,赋形性优良、装饰美观,保温隔热性能良好,吸音性能优越,防火性能优良,绿色环保,生产能耗低,可循环利用等优点。这些性能特点使石膏在建筑材料行业具有独特的优势和地位,由于石膏胶凝材料硬化体强度较低,除做装饰用建材外,其他应用受到了较大制约。如何扩展石膏材料的应用范围,提高力学性能是关键因素,添加减水剂可以有效减少胶凝材料的拌合水量,降低胶凝材料孔隙率,提高胶凝材料密度,改善晶体聚集体结构,从而显著提高胶凝材料强度等力学性能。首先通过均匀试验研究得出实验室条件下高强型石膏专用聚羧酸系高性能减水剂(GPS)的最佳合成工艺条件,并进行验证试验,然后对GPS进行最适添加量实验,对照实验,以及全配方(复配自制有机硅防水剂)实际生产加工条件下的使用性能实验。同时对添加GPS以及缓凝剂、促凝剂、空白样的石膏材料断面进行直观分析和扫描电子显微镜分析；对GPS进行傅里叶变换红外光谱分析,推测其分子结构。在上述工作基础上对石膏胶凝材料水化、硬化机理以及缓凝、促凝现象产生的机理进行初步的分析与探讨；对GPS的作用机理和强度增强机理进行初步的分析与探讨。主要结果如下：1.实验室基础上高强型石膏专用聚羧酸系高性能减水剂(GPS)合成反应的最佳工艺条件为：MPEG-1000:α-甲基丙烯酸：丙烯酸：丙烯酸丁酯：苯乙烯：引发剂=2：16：6：6：1：0.35；反应温度为75℃；反应时间为1.0h；酸性单体中和度70%；去离子水170ml。GPS的最适添加量为石膏粉质量的0.2%。2.GPS与混凝土用聚羧酸系聚合物减水剂在石膏材料中对照实验表明：GPS可以明显降低石膏浆液的标准稠度,也就是减水性能好；GPS可以显著提高石膏胶凝材料硬化体抗折强度、表面莫氏硬度、单位质量抗折强度。3.全配方下石膏材料标准试条与实际制板的实证实验表明：GPS在实际生产加工条件下可以明显降低石膏浆液标准稠度；GPS在实际生产加工条件下可以显著提高石膏胶凝材料硬化体抗折强度、表面莫氏硬度、单位质量抗折强度,并对其防水性能没有不良影响。4.结构分析表明,添加GPS的石膏晶体基本为发育良好的长条状柱晶,大部分柱晶很长且较粗、尺寸较均一,晶体聚集体几乎全都是由长条状的柱晶堆积而成；大量晶体聚集体有序地、紧密地堆积排列成束状,束与束之间密实的整齐的叠摞在一起；晶体聚集体相互之间的间隙非常小,深孔较少。5.石膏浆体在搅拌、水化、硬化的过程中硫酸钙分子暴露出来的氧原子具有很强的夺取电子能力,较容易与水分子中氢原子通过氢键方式相互结合,形成二水硫酸钙。半水硫酸钙中少量存在的二水硫酸钙在石膏浆体的水化、硬化过程中充当晶种,新生成的二水硫酸钙晶体会在晶种上进行生长、发育和结晶。在弱碱性环境下,氢氧根(OH-)为供电子体形式,电子云半径比较大,相对易于被硫酸钙分子中的氧原子俘获形成氢键结构,较易生成二水硫酸钙。在弱酸性环境下,水合氢离子(H30+)为缺电子体的形式,电子云半径比较小,相对难于被硫酸钙分子中的氧原子俘获形成氢键结构,较难生成二水硫酸钙。6.分子结构设计结合红外分析结果初步表明高强型石膏专用聚羧酸系高性能减水剂(GPS)主链为脂肪族的烃类,侧链为羧酸基与羧酸盐基、聚氧烷基、酯基、烷基等。这些基团组成蜈蚣型的龙骨结构,大量长侧链通过空间位阻效应以及静电斥力效应使石膏颗粒相互排斥,提高石膏颗粒在拌合水中的分散性,最终改善石膏浆液的流动性。龙骨结构充当石膏胶凝材料在水化、硬化和结晶过程中的晶种,促进新生的二水硫酸钙晶体在龙骨结构上紧密结晶,改善新生晶体生长和发育的环境,在一定程度上改变了石膏胶凝材料的结晶过程。添加GPS的石膏胶凝材料硬化体微观结构为一股股束状结构的晶体聚集体,这种结构在断裂过程中裂纹不会由一股束状晶体聚集体延伸至另一股束状晶体聚集体,减小了断裂对硬化体的破坏性。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-23
  1.1 石膏简介  11-16
    1.1.1 石膏的来源与应用发展  11-13
    1.1.2 石膏材料的性能特点  13-14
    1.1.3 石膏的用途  14-16
  1.2 石膏外加剂的研究与应用现状  16-21
    1.2.1 外加剂概述  16-18
    1.2.2 减水剂在石膏中应用现状  18-21
  1.3 本文的研究意义与主要内容  21-23
    1.3.1 研究意义  21-22
    1.3.2 主要研究内容  22-23
第二章高强型石膏专用聚羧酸系高性能减水剂最佳合成工艺  23-42
  2.1 引言  23-24
  2.2 实验部分  24-41
    2.2.1 实验原料  24-25
    2.2.2 设备与仪器  25
    2.2.3 实验内容  25-29
    2.2.4 预实验安排以及结果与分析  29-31
    2.2.5 均匀试验  31-36
    2.2.6 验证实验  36
    2.2.7 最适添加量选择实验  36-39
    2.2.8 对照实验  39-41
  2.3 本章小结  41-42
第三章 GPS在全配方石膏胶凝材料中的实证实验  42-51
  3.1 引言  42-43
  3.2 实验部分  43-49
    3.2.1 实验原料  43
    3.2.2 设备与仪器  43
    3.2.3 实验内容  43-49
  3.3 本章小结  49-51
第四章石膏胶凝材料硬化体结构及GPS结构的表征与分析  51-70
  4.1 引言  51
  4.2 测试的样品与设备  51-52
    4.2.1 测试的样品  51-52
    4.2.2 测试的仪器与设备  52
  4.3 石膏胶凝材料断面直观分析  52-55
  4.4 石膏胶凝材料的扫描电子显微镜(SEM)分析  55-60
  4.5 高强型石膏专用聚羧酸系高性能减水剂(GPS)的傅里叶变换红外光谱分析  60-62
  4.6 石膏胶凝材料水化、硬化机理与GPS作用机理初步探讨  62-68
    4.6.1 石膏水化、硬化机理的初步探讨  62-65
    4.6.2 减水剂作用机理初步探讨  65-68
  4.7 本章小结  68-70
第五章结论  70-73
致谢  73-75
参考文献  75-81
附录A  81-82
附录B  82-83
附录C  83-84
附录D  84-86

高强型石膏专用聚羧酸系高性能减水剂（GPS）合成与工艺研究

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