收藏本站
《武汉理工大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

功能可控型聚羧酸减水剂的研究与应用

谭洪波  
【摘要】: 聚羧酸减水剂是继木质素、萘系之后的新一代减水剂,以其优良的分散性和分散保持性及良好的力学性能在公路、铁路、水利工程、房建等领域得到了广泛应用,已成为未来减水剂的发展方向。 本论文依托于国家“863“(2005AA332010)“高抗渗长寿命大管径隧道管片材料结构设计与工程应用”、国家“973”(2001CB610704-3)“化学外加剂对高性能水泥水化与结构的作用机理研究”、建设部软科学研究项目(2007-k4-3)“功能可控制型聚羧酸系高性能混凝土减水剂的研究”,主要针对聚羧酸减水剂合成及应用过程中存在的问题,进行了系统研究,确定了大单体及聚羧酸减水剂制备的最佳工艺条件;研究分析了分子结构对C_3A、C_3S及普通硅酸盐水泥水化历程的影响,实现减水剂的功能可控制;提出了优先吸附理论,制备了低成本高性能聚羧酸减水剂,并应用于商品混凝土;通过体积稳定性、水化热电性能及对水化产物的微观分析,研究了减水剂对水泥水化的调控机理。主要技术成果如下: 1.研究了聚羧酸减水剂大单体制备工艺及减水剂合成工艺,确定了最佳工艺参数: (1)利用有机无机复合预处理的方法制备了甲基丙烯酸高效阻聚,克服了传统阻聚剂不稳定的缺点,使大单体酯化率可达到99%。 (2)确定了中间大单体的最佳合成工艺:当催化剂掺量为5~6%;酸醇比为(1.15~1.2):1;溶剂甲苯掺量为50%;温度控制为120℃。确定了聚羧酸减水剂合成的最佳工艺条件:引发剂用量为5~7%,聚合温度控制在80℃,反应7~8h。 (3)通过引入两亲平衡值(P_0)、亲水平衡因子(k)、两亲匹配系数(λ)等概念,首次将两亲匹配理论应用于聚羧酸减水剂分子结构设计中。对于特定条件下的共聚物,可以通过计算两亲匹配系数,从而在聚合反应前预测其共聚物分散能力的大小,对聚羧酸减水剂的单体选择、配比优化设计有很强的指导作用。 2.研究了二元共聚体系分子结构对C_3A、C_3S、普通硅酸盐水泥水化历程的影响规律,提出了功能可控制设计方法: (1)减水剂促进了2CaO·Al_2O_3·8H_2O结构向Al(OH)_3凝胶、3CaO·Al_2O_3·6H_2O结构的转化,但整体上抑制了C_3A的水化;从分子结构上来看,长侧链接枝密度越大,长侧链分子量越小,水化抑制作用越强;而大分子量长侧链有利于六方片状的C_2AH_8向立方状的C_3AH_6转化,小分子量长侧链的共聚物使水化产物中立方状C_3AH_6结晶更规则。 (2)聚羧酸减水剂抑制了C_3S 1d的水化及CH的生成,随长侧链分子量的增加,水化抑制作用减弱;而随长侧链质量比的增加,水化抑制作用增强。聚羧酸减水剂对C_3S 7 d的水化抑制作用逐渐消失,促进CH晶体的生长。小分子量长侧链有利于CH的生长,使7 d水化产物中CH结晶更规则。从分子结构上来看,无论调整长侧链分子量还是长侧链的接枝密度,减水剂分子结构对于C_3S的水化7d影响不大,CH的生成量没有明显的区别,但都高于空白样,而主要影响CSH凝胶的形成。聚羧酸减水剂对C_3S 28 d的水化抑制能力逐渐消失。长侧链分子量越大,减水剂分子对C_3S 28d水化的抑制作用越弱。小分子量的长侧链有利于28 d CH的生长,而接枝高密度的羧基抑制了28d龄期CSH的生成。 (3)功能可控制设计方法:羧基(COO-)和聚氧化乙烯基(-OCH_2CH_2-)是聚羧酸减水剂的主导官能团,对减水剂性能起决定作用,调整聚羧酸减水剂侧链接枝密度及长侧链分子量可实现减水剂分散性及分散保持性、凝结时间、引气量、早期强度、水化热、电阻率、化学收缩的可控制性。 3.优先吸附与低成本聚羧酸减水剂的制备 (1)提出优先吸附设计方法,利用低成本有机物,优先吸附于颗粒表面,有效屏蔽水化活点水化,从而提高减水剂分散性及分散保持性;配制的混凝土具有良好的流动性和流动保持性及力学性能,性价比明显高于萘系减水剂。 (2)随羟基羧酸盐掺量的增加,聚羧酸减水剂的初始分散性提高。从作用机理上来看,羟基羧酸盐抑制初期C_3S的水化而加速C_3A初期的溶解和AFt的形成,作用效果随掺量的增加而增强。磺化多元醇与聚羧酸减水剂共同作用可提高分散保持性。随掺量的增加,分散保持性提高;从作用机理上来看,磺化多元醇抑制了早期C_3S、C_3A的水化及AFt的形成。 (3)对于羟基羧酸盐、磺化多元醇、聚羧酸减水剂三元组分,随羟基羧酸盐掺量的增加,初始分散能力提高,而分散保持性缓慢下降,3d、7d、28d强度均下降;随磺化多元醇掺量的增加,初始分散性增加不明显,而流动保持性提高,当掺量达到0.3%时,1h无损失;当掺量小于0.3%时,3d、7d强度随掺量的增加逐渐下降,而对28d强度的影响较小。当羟基羧酸掺量为0.04~0.1%,磺化多元醇掺量为0.1~0.3%时,可有效提高聚羧酸减水剂的分散性和分散保持性而不影响后期力学性能。 4.减水剂对水泥水化历程的调控作用机理: (1)随木钙掺量的增加1 d化学收缩变化不明显。而对于FDN、KH高效减水剂,1 d的化学收缩随掺量的增加而降低。与萘系、木钙减水剂相比,聚羧酸减水剂较大程度上减小早期化学收缩,降低开裂敏感性,抑制早期开裂。 (2)对于木钙,由于对C_3A的促溶作用,结构形成期及结构稳定期电阻率随木钙掺量的增加变化不明显,但水化放热峰明显延迟并且放热峰削弱。对于FDN、聚羧酸减水剂,随掺量的增加,对浆体早期的水化的抑制作用增强,水化放热峰明显推后并且放热峰削弱,溶解平衡期延长。 (3)微观结构分析表明,减水剂进入水泥体系后,抑制了C_3S的水化及CH的形成,掺量适中时,对后期水化的抑制作用渐渐消失。对于木钙,抑制了C_3S早期的水化及CH结晶,同时促进了C_3A的溶解和AFt形成。FDN抑制了C_3S 1 d的水化,促进了7d、28dC_3S的水化及CH的形成;聚羧酸减水剂抑制了1d、7d C_3S的水化,而不影响28d的水化。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU528.042.2

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 白玉贵;;浅谈如何解决掺有聚羧酸减水剂的混凝土表面气泡问题[J];广东建材;2011年06期
2 张凤华;王自为;赵婷婷;裴继凯;;MA-APEG-AM三元共聚减水剂的合成及其分散性能研究[J];新型建筑材料;2011年05期
3 杨勇;冉千平;张志勇;刘晨;江姜;;原位聚合酯化法制备聚羧酸减水剂的研究[J];江苏建筑;2011年04期
4 王冠锋;马军委;张涛;;泥含量对掺聚羧酸减水剂混凝土的影响及措施[J];中国建材科技;2011年03期
5 林碧玲;;聚羧酸系减水剂在预拌混凝土生产的应用及控制[J];福建建材;2011年04期
6 杨广军;李建梁;;浅析聚羧酸高性能减水剂在混凝土中的应用[J];科技信息;2011年17期
7 孟祥杰;彭小芹;彭军芝;方云辉;林添兴;;新型减水剂Point-S的合成与保坍性能研究[J];新型建筑材料;2011年06期
8 王香港;王玉策;;聚羧酸减水剂在管片混凝土中应用研究[J];商品混凝土;2011年09期
9 万煜;王智;郭清春;贾兴文;;硫酸盐对聚羧酸减水剂分散性能的影响[J];硅酸盐通报;2011年03期
10 张志勇;冉千平;杨勇;毛永琳;周栋梁;;烯丙基聚氧乙烯醚基马来酸酐类减水剂的合成与性能研究[J];新型建筑材料;2011年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 季亚军;韦江雄;余其俊;;聚羧酸减水剂在不同胶凝材料上的吸附分散作用研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 张妮;韦江雄;余其俊;马天从;郑建;吴永斌;;一种减缩型聚羧酸减水剂的研制[A];中国硅酸盐学会水泥分会第三届学术年会暨第十二届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文摘要集[C];2011年
3 张艳丽;杨凤祥;单铁军;;聚羧酸减水剂的结构与陶瓷原料的适应性研究[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2010年学术年会论文集(二)[C];2010年
4 石龙龙;刘治华;;聚羧酸减水剂与早强剂复配效应的研究[A];2011年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集[C];2011年
5 李顺;;聚羧酸减水剂的分子结构对水泥水化过程的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 雷西萍;;聚羧酸减水剂对不同粒度矿渣掺合水泥性能的影响[A];中国硅酸盐学会水泥分会第三届学术年会暨第十二届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文摘要集[C];2011年
7 方云辉;于飞宇;;磺化苯乙烯—马来酸酐及其接枝聚醚型聚羧酸减水剂的合成[A];聚羧酸系高性能减水剂及其应用技术研讨会论文集[C];2008年
8 王玲玲;;聚羧酸减水剂对钢纤维混凝土性能影响研究[A];高强与高性能混凝土及其应用——第七届全国高强与高性能混凝土学术交流会论文集[C];2010年
9 焦健;唐倩;郝利炜;;MPEG在酯化过程的降解和对聚羧酸减水剂的影响[A];聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用——第三届全国混凝土外加剂应用技术专业委员会年会论文集[C];2007年
10 王亚丽;王子明;Dominic Yeung;;聚羧酸系高性能减水剂的性能研究[A];聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用——第三届全国混凝土外加剂应用技术专业委员会年会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 辽宁科隆化工实业有限公司 姜艳 金凤龙 刘鑫;高性能聚羧酸减水剂单体的合成及其应用[N];中国建材报;2009年
2 晓强;武汉格瑞林建设年产30万吨聚羧酸减水剂项目[N];中国建材报;2010年
3 记者袁岚;第三届聚羧酸减水剂应用技术交流会成功举办[N];中国建材报;2011年
4 刘克;辽宁科隆举办聚羧酸减水剂应用技术研讨会[N];中国建材报;2011年
5 可心;湖北统领科技集团年产二千吨聚羧酸减水剂母液合成生产线投产[N];中国建材报;2011年
6 北京东方新绿科技发展有限公司 黎思幸;封端醚型系列聚羧酸减水剂的研究[N];中国建材报;2011年
7 程超;中建商混公司外加剂厂科技创效200万元[N];中国建材报;2009年
8 尚品杰;上海台界推出改性聚醚新产品[N];中国建材报;2010年
9 许汉平 何学云;中建商砼半年获专利17项[N];中国职工科技报;2011年
10 程超;中建混凝土公司外加剂厂向科技进步要效益[N];中国建设报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 麻秀星;高固含量聚羧酸减水剂合成与性能研究[D];重庆大学;2010年
2 谭洪波;功能可控型聚羧酸减水剂的研究与应用[D];武汉理工大学;2009年
3 刘治猛;新型水性高分子混凝土外加剂的合成与应用研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李慧群;缓释型聚羧酸减水剂的研究与制备[D];北京工业大学;2010年
2 程勋;混凝土原材料对聚羧酸减水剂应用性能的影响[D];北京工业大学;2010年
3 张歆;四元聚羧酸减水剂的合成与性能[D];江南大学;2011年
4 季亚军;聚羧酸减水剂的分子结构表征及其与胶凝组分的相互作用研究[D];华南理工大学;2011年
5 万煜;硫酸盐影响聚羧酸减水剂与混凝土组成材料相容性的机理研究[D];重庆大学;2011年
6 李国松;醚型聚羧酸减水剂的合成及其性能研究[D];大连理工大学;2012年
7 张妮;减缩型聚羧酸减水剂的合成与作用机理研究[D];华南理工大学;2012年
8 张智;聚羧酸减水剂的合成及其引气与早强性能研究[D];华南理工大学;2010年
9 傅承飞;聚羧酸减水剂的保坍性能及其构性关系研究[D];武汉理工大学;2012年
10 黄欣;保坍型醚类聚羧酸减水剂的合成及其性能研究[D];华南理工大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026