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《陕西科技大学》 2019年
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双子季铵盐的合成及改善聚羧酸减水剂抗泥性能的研究

王爽  
【摘要】:聚羧酸减水剂由于生产过程无污染,低掺量而高减水率,分子结构易调节等诸多优点,同时克服了第一代木质素系减水率低和第二代萘系减水剂生产过程环境污染问题以及混凝土强度低等缺点,被广泛应用于桥梁、建筑等工程混凝土中。但缺点是聚羧酸减水剂对混凝土中砂石上夹带的粘土比较敏感,其中粘土中蒙脱土的影响最大,由于蒙脱土特殊的层状结构决定了易吸附自由水和减水剂,使浆体中的自由水以及水泥吸附的有效减水剂减少,影响水泥浆体的流动度,因此研究抗粘土型的高性能聚羧酸减水剂对其推广和应用具有重要的意义。工程应用中一般通过水洗砂石、高掺量减水剂以及合成抗粘土型减水剂等方法来抑制蒙脱土对浆体的负面影响,但这些方法存在破坏砂石级配、泌水离析、坍落度损失快、抗泥效果不理想等缺点。针对此本文以竞争吸附和选择吸附为基础,合成了两个系列的双子季铵盐,将双子季铵盐作为抗泥剂与聚羧酸减水剂(RS-1)复配使用,讨论双子季铵盐对含有蒙脱土的水泥浆体流动度的影响。实验以三甲胺或三乙胺与1,3-二溴丙烷作为反应物,通过季铵化反应合成了两种头基不同的双子季铵盐(分别标记为G-KN1,G-KN2);其次以三乙胺分别与1,4-二溴丁烷、1,5-二溴戊烷和对二溴苄反应合成了三种连接基不同的双子季铵盐(分别标记为G-KN3,G-KN4,G-KN5)。通过核磁共振仪和红外光谱仪表征双子季铵盐的结构均为目标产物。流动度和流变结果表明当以3%蒙脱土取代水泥颗粒时,G-KN5与RS-1复配后对水泥浆体流动度的改善最大,当G-KN5掺量为0.1‰时,初始流动度为265 mm,比空白组提高了95 mm,同时降低了浆体粘度,符合Herschel-Bulkley(?(28)?_0(10)K?~n)方程,n1表现为胀塑性流体。通过透光率测定蒙脱土吸附双子季铵盐的膨胀率,结果表明蒙脱土吸附双子季铵盐后的膨胀率减小。采用接触角评价蒙脱土的亲疏水性,结果表明蒙脱土吸附双子季铵盐后的疏水性增强。通过X-射线衍射测定蒙脱土吸附了RS-1和双子季铵盐前后的层间距,结果表明蒙脱土吸附了双子季铵盐后的层间距相对增大,说明双子季铵盐在蒙脱土层间和表面发生了吸附。采用总有机碳测定水泥/蒙脱土对RS-1/G-KN5的吸附热力学和动力学,吸附热力学结果说明298 K时蒙脱土和水泥颗粒对RS-1的饱和吸附量分别为100mg·g~(-1)、47.61 mg·g~(-1),蒙脱土对RS-1的吸附量是水泥的2倍多,说明相同条件下蒙脱土更易吸附RS-1;相同温度下蒙脱土对G-KN5的吸附量为27.93 mg·g~(-1),而水泥几乎不吸附双子季铵盐G-KN5,且升温不利于RS-1、G-KN5在水泥、蒙脱土颗粒表面的吸附。吸附动力学表明,G-KN5在蒙脱土表面的吸附符合准一级动力学方程,为物理吸附。其次通过复配体系在蒙脱土表面的吸附表明RS-1、G-KN5在蒙脱土表面存在竞争吸附。通过电位粒度分析仪测定水泥/蒙脱土吸附RS-1/G-KN5前后的Zeta电位,结果表明蒙脱土吸附RS-1后Zeta电位从-18.6降低为-29.74 mV,水泥颗粒吸附RS-1从-3.2降低为-11.24 mV,蒙脱土比水泥颗粒Zeta电位绝对值增大的更多;而蒙脱土吸附G-KN5后表面的Zeta电位从-18.6增加到-0.35 mV,G-KN5基本不改变水泥颗粒Zeta电位,说明G-KN5选择性的只吸附在蒙脱土表面,使G-KN5达到理想的抗粘土效果。
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