聚羧酸减水剂的合成及其掺混水泥浆后的流动性能

采用水溶液自由基共聚的方法合成聚羧酸高效减水剂, 并通过红外光谱确定了聚羧酸高效减水剂的结构, 考察了聚羧酸高效减水剂侧链的长度、
减水剂在水泥中的掺量、 测试温度等对水泥净浆流动度的影响. 结果表明： 长侧链比短侧链的减水剂流动性更好; 减水剂在水泥中的掺量为其质量分数的0.2%; 随测试温度的升高, 水泥净浆流动度反而降低. 将新合成的聚羧酸高效减水剂与国内外常用产品进行比较, 结果显示性质优良.     

硫酸盐影响聚羧酸减水剂分散性的作用机理

系统研究了硫酸盐对聚羧酸减水剂吸附-分散性能的影响及其作用机理.通过净浆流动度试验及Marsh时间试验研究了硫酸盐种类及掺量对聚羧酸减水剂分散性能的影响,并通过zeta电位、平衡吸附量及絮凝结构形貌等微观测试手段对硫酸盐影响聚羧酸减水剂分散性的作用机理进行分析.结果表明:随着硫酸根溶出率及溶出速率的增加,硫酸根离子与聚羧酸减水剂间的竞争吸附作用增强;硫酸根离子破坏浆液双电层,促使zeta电位绝对值下降,从而削弱水泥颗粒表面的静电斥力作用,导致水泥浆体絮凝结构数量及强度增大,相同剪切速率对浆体中的絮凝结构破坏程度下降,浆体分散性及流变性下降.     

酯类小单体对聚羧酸减水剂缓释行为的影响

分别以丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、衣康酸二甲酯(DEI)、富马酸二甲酯(DMF)作为功能小单体,丙烯酸和甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)为主要原料,在氧化-还原体系下,成功制备了一系列缓释型聚羧酸减水剂(PCE)。采用红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H NMR)等对目标产物的结构进行了表征。根据水泥净浆的流动性对比结果,确定了合成的减水剂在不同时间所达到的最大流动度,考察了不同酯类单体对聚羧酸减水剂的缓释性及分散保持性能的影响,并测试了水泥浆体的Zeta电位、PCE的吸附行为。结果表明: DEI的缓释效果优于HEA和HPA,水泥浆流动度在2 h内从190 mm达到255 mm,大大延长了减水剂PCE在水泥表面的吸附时间和流动度保持时间,在实际应用中具有良好的参考意义和应用前景。     

泥对掺聚羧酸减水剂的水泥浆体分散性的影响

为了揭示含泥量对聚羧酸减水剂分散能力的影响,试验选择净浆流动度和黏度两个指标,研究泥对掺聚羧酸减水剂水泥浆体流变性质的影响,并利用IR、UV手段分析确定了泥的滤液对聚羧酸减水剂分子结构的影响及碱性环境中聚羧酸减水剂在泥颗粒表面的吸附规律。结果表明：当泥取代水泥质量的15%时,聚羧酸减水剂由于泥的存在已无分散效果;增大聚羧酸减水剂掺量可以提高含泥水泥浆体的分散性;泥的滤液不会改变聚羧酸减水剂的分子结构、对聚羧酸减水剂的分散能力无不利影响;在饱和石灰水模拟的碱性环境中,泥对减水剂的吸附很快,初始时间里(6 min内)泥就已经充分吸附了聚羧酸减水剂,泥对聚羧酸减水剂的吸附量为水泥的4倍左右。     

泥粉对聚羧酸减水剂水泥净浆流变性的影响

为探究泥粉和聚羧酸减水剂对水泥净浆流变性的影响,在掺入聚羧酸减水剂母液和两种复配助剂的基础上,分别外掺1%,2%,3%的高岭土型和蒙脱土型泥粉,并采用Bingham流变模型系统地研究泥粉掺量、种类和聚羧酸减水剂助剂对水泥净浆屈服应力及塑性粘度的影响规律.通过X射线(XRD)小角度衍射、总有机碳(TOC)、Zeta电位对宏观试验结果进行验证.结果表明:增大泥粉掺量可降低聚羧酸减水剂水泥净浆的流变性;高岭土型普通黏土对降低聚羧酸减水剂水泥净浆流变性的程度小于蒙脱土型膨润土;异戊烯基聚氧乙烯醚(TPEG类)保坍型助剂F1对水泥净浆流变性的促进作用大于异丁烯基聚氧乙烯醚(HPEG类)减水型助剂F2.     

含不同官能团聚羧酸减水剂的吸附分散性能

通过水溶液自由基聚合法合成了含有不同官能团的聚羧酸减水剂,并研究了不同结构聚羧酸减水剂的吸附-分散性能,以及其对水泥水化性能的影响.结果表明:含酰胺基的聚羧酸减水剂对水泥浆体流动度的削弱程度最大,含酯基官能团的聚羧酸减水剂对水泥浆体流动度的影响程度较小.含磺酸基团的聚羧酸减水剂吸附性能增强;而含酰胺基及酯基的聚羧酸减水剂的吸附性能削弱.含酯基官能团的聚羧酸减水剂显著延缓了水泥水化诱导期,相比之下,含磺酸基官能团的聚羧酸减水剂提高了水泥水化加速期的最大水化放热速率.     

聚羧酸分子量对净浆流变性能的影响

试验研究了水泥净浆的流变曲线、颗粒堆积密实度、间隙液黏度和聚羧酸减水剂(polycarboxylate superplasticizers,PCE)的吸附量,探究了相同流动度下PCE分子量对水泥净浆流变性能的影响及其内在机理.结果表明:PCE存在一个最佳的分子量范围,使得处于该范围的PCE具有最强的分散能力.在选取的4种PCE中,重均分子量为29.582 kg/mol的PCE减水剂的分散性能最佳.由于桥接作用的存在,分子量大的PCE需要更多地吸附在水泥颗粒表面,以增大颗粒间距,使得浆体的屈服应力(流动度)基本相同.此时,浆体的剩余黏度主要受颗粒堆积密实度与固相体积分数的影响,呈现出随PCE分子量增加而逐渐降低的变化规律.     

改性草浆碱木素减水剂的制备与性能评价

针对草浆碱木素化学改性,研究了引发氧化和磺化制备改性草浆碱木素减水剂(MLP)的工艺参数,通过测定MLP的红外光谱、MLP在水泥颗粒表面的吸附量、水泥ζ-电位、MLP水溶液的表面张力及掺MLP的水泥净浆流动性,对MLP进行了表征,并试验研究了掺MLP的混凝土性能.试验结果表明:通过对草浆碱木素进行氧化改性和磺化改性,可获得含有羟基、磺酸基等官能团的木质素磺酸盐减水剂,减水率达到15.2%;碱木素经改性后,表面活性提高,通过吸附一分散作用,降低水泥颗粒的ζ-电位,并可显著降低水的表面张力;掺MLP的混凝土性能符合高效减水剂国标要求.草浆碱木素经氧化和磺化改性后,不仅可代替木浆木质素磺酸盐使用,而且因其具有高效减水剂的性能指标,还可单独作为高效减水剂使用,或部分取代萘系高效减水剂.     

PAM对含泥体系中聚羧酸减水剂分散作用的影响

目的研究骨料中的泥对聚羧酸减水剂(PCE)分散作用的影响,并合成聚合物降低泥对聚羧酸减水剂的分散作用.方法以丙烯酰胺(AM)为单体,过硫酸铵(APS)为引发剂、甲基丙烯磺酸钠(SMAS)为链转移剂,合成一种低分子量的丙烯酰胺聚合物(PAM),并测试了不同含泥条件下水泥对聚羧酸减水剂的吸附量以及水泥的流动度,确定PAM的合理配比.结果自制的聚丙烯酰胺可明显改善泥对减水剂吸附,在细骨料含泥质量分数为5%、减水剂掺量为0.3%、水灰质量比为0.29条件下,PAM的最佳掺量为1.2%,泥对聚羧酸减水剂的影响可明显降低.结论泥与水泥相比对聚羧酸减水剂的吸附量较大,蒙脱石对于PCE的吸附导致减水剂失效;PAM与PCE之间存在吸附竞争,PAM可优先吸附,有利于水泥流动度的改善.     

高性能聚羧酸减水剂的常温制备与结构表征

以2-甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)和丙烯酸(AA)为单体、H_2O_2/抗坏血酸(H_2O_2/VC)为引发体系、巯基乙酸(TGA)为链转移剂合成聚羧酸减水剂。通过正交试验研究6个因素对减水剂分散性能及保持性的影响,并通过单因素研究修正,利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(~1H-NMR)对减水剂进行结构分析,利用凝胶色谱(GPC)测得合成减水剂分子量。结果表明:最佳工艺为在常温下(15～35℃),n(HPEG)∶n(AA)∶n(H_2O_2)∶n(VC)∶n(TGA)=1∶4. 2∶0. 40∶0. 015∶0. 10,物料滴加时间2 h,然后再反应2 h。减水剂数均分子量为44 167,分子结构的侧链聚合度为54. 66,主链聚合度为15. 89,接枝密度为23. 81%。在折固掺量为0. 15%时,水泥初始净浆流动度为285 mm,1 h后水泥净浆流动度为273 mm,净浆初凝时间由180 min缩短至170 min,终凝时间由260 min缩短至240 min,胶砂减水率达33. 4%,表明所合成聚羧酸减水剂分散性能优异。     

含泥量对减水剂性能的影响规律

选取木钠、萘系以及聚羧酸系减水剂,利用 XRD、SEM等测试手段,通过对水泥净浆流动性、凝结时间和强度等宏观性能的研究,分别比较粗集料中的含泥量对其性能的影响规律。结果表明,泥土的掺入缩短了含有 3 种减水剂的水泥净浆的初凝和终凝的时间,且随着含泥量（0% ~ 8%）的增加均呈下降趋势;初始流动度和 1 h 流动度随着含泥量的增加而减小。其中,泥土对聚羧酸减水剂的影响最为明显;含泥量在较小范围之内（w<2%）,在一定程度上可以提高净浆试块的 7 d 强度。     

抗泥型酯醚复配聚羧酸系减水剂的制备及与膨润土作用机理研究

将自制抗泥型聚酯类(PC1)和聚醚类(PC2)聚羧酸系减水剂复配,系统研究了不同复配比对减水剂分散性能的影响.通过FTIR,XRD,SEM,XPS和TG-DTG分析了减水剂分子结构和抗泥机理.结果表明:减水剂链段中含有酯基、羧基、酰胺基、磺酸基、羟基等官能团.当酯醚复配比例为2∶3时,水泥初始净浆流动度为281 mm, 30 min和60 min的经时损失率为2.85%和6.05%.该复配减水剂延缓了水泥7 d水化过程.膨润土对其吸附以表面吸附为主,吸附层厚度6.24 nm;以插层吸附为辅,层间距由1.248 0 nm变为1.800 1 nm,增大了0.552 1 nm.     

聚羧酸类减水剂性能的影响因素

从聚羧酸减水剂的分子结构、分子量、掺入方式、吸附性能、水泥精细度、熟料组分、碱含量、硫酸根离子含量等因素对聚羧酸减水剂性能的影响进行了分析,以探索提高聚羧酸减水剂性能的解决办法。     

助磨剂对水泥与减水剂相容性的影响及改善

以净浆流动度作为水泥与减水剂相容性的评价指标,试验研究了多种助磨剂对水泥与萘系减水剂或聚羧酸减水剂相容性的影响规律,探讨了缓凝剂和引气剂对水泥与减水剂相容性的改善作用。结果表明,助磨剂对水泥与萘系减水剂相容性的影响较大,对水泥与聚羧酸减水剂相容性的影响较小。缓凝剂和引气剂均能改善水泥与萘系减水剂的相容性,随其掺加量的增加,改善作用逐渐增大。含缓凝剂/引气剂的复合助磨剂对水泥净浆流动度有一定的改善作用,并延缓水泥的凝结时间。含缓凝剂的复合助磨剂对水泥有增强作用,而含引气剂的复合助磨剂会降低水泥的胶砂强度。     

一种新型聚羧酸系高效减水剂的实验研究

采用丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠、烯丙醇聚氧烷基醚三元共聚得到一种新型聚羧酸类减水剂.这种不通过酯化大单体直接共聚且不含酯基的聚羧酸减水剂同样具备较高的减水率和扩散性能.结果表明,该聚羧酸类减水剂对水泥具有高度的分散作用,当含固量30%、掺加量1%、水灰比为0.29时,净浆流动度可达270 mm.综合各项技术指标,通过混凝土性能实验表明这种减水剂的性能满足高效减水剂要求,且主要性能指标优于GB8076-1997《混凝土外加剂》标准要求.     

马来酸类聚羧酸减水剂的合成与性能研究

 研究合成了聚乙二醇单甲醚（MPEG）的马来酸单酯(MAMPEG),并将之与丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、乙烯基磺酸钠(SVS)等单体通过自由基水溶液共聚合得到了一系列聚羧酸减水剂,研究了单体加料方式、MPEG相对分子质量、单体组成、引发剂用量等对所得减水剂水泥净浆流动度的影响。结果表明,采用先加MALMPEG、后连续滴加其他单体的加料方式比MALMPEG和其他单体一起滴加的加料方式所得减水剂的性能更好,两者的水泥净浆流动度分别为310 mm和240 mm;随着MPEG相对分子质量增大,所得减水剂水泥净浆流动度先增大后减小,以MPEG-1000为最佳;随着单体组成中酸根离子单体与酯类单体比例的增加,所得减水剂的水泥净浆流动度先增大后减小,当(AA+SVS)/(MALMPEG-1000+HEMA)=1.39(摩尔比)时,所得减水剂的水泥净浆流动度最大;随着引发剂用量增加,所得减水剂水泥净浆流动度先增大后减小,适宜的引发剂用量为单体摩尔总量的1.5%～2.5%。     

P(AA-co-MA)/PEG聚羧酸减水剂对水泥浆料性能的影响

以自制的P(AA-co-MA)/PEG共聚物作为高效减水剂,研究了该减水剂的掺量对水泥净浆流动性、水泥砂浆减水率、水泥净浆泌水率以及水泥净浆和水泥砂浆的抗压强度等性能的影响。结果表明:与市面上的FDN-A萘系减水剂进行了比较,P(AA-co-MA)/PEG聚羧酸减水剂对水泥净浆或水泥砂浆具有良好的分散能力、保水性能和明显的减水作用,并能显著提高水泥石的抗压强度。     

国内外聚羧酸系高性能减水剂的性能比较

选取了国内外4个品牌5种聚羧酸系高性能减水剂作为研究对象,分别从水泥净浆流动度、与水泥的相容性、保坍性以及产品的性价比等方面进行了对比研究.研究表明:不同品牌的国内外聚羧酸系减水剂具备了低掺量、高减水率、保坍性好、增强效果显著等共同特点,但是与水泥的相容性存在着较大差异.分析认为,国产聚羧酸系高性能减水剂产品与国外同类产品相比,技术性能差距不大,基本上处于同一档次,但是却拥有明显的价格优势.与此同时,我国庞大的建筑市场为国内外聚羧酸系高性能减水剂的推广应用提供了广阔的发展空间,使其具有良好的应用前景.     

聚羧酸类减水剂在混凝土中的应用研究

为研究聚羧酸类减水剂对混凝土性能的影响规律,采用聚羧酸减水剂与萘系减水剂进行对比,研究了两种减水剂对水泥净浆的作用效果,以及对C25和C50混凝土性能的影响;并结合XRD,TG-DSC分析结果,探讨了聚羧酸类、萘系减水剂对水泥水化和强度发展规律.结果表明,与萘系减水剂相比,聚羧酸类减水剂对水泥颗粒有更好的分散性能和分散保持性,能有效地抑制水泥的早期水化和水化产物最初相的析出,减少水化产物CH晶体的生成而不影响后期混凝土结构的发展.对于C25混凝土的强度影响,两种减水剂相近,而对于C50混凝土,聚羧酸类减水剂优势更为明显.     

萘系高效减水剂添加剂的合成及作用机理研究

为提高萘系高效减水剂的分散稳定性，进行了以顺丁烯二酸聚乙二醇(400，1000)单酯、烯丙基磺酸钠等烯类单体为原料，经共聚合反应合成的聚羧酸型高分子表面活性剂，作为萘系高效减水剂的分散稳定剂的研究。研究了共聚物分子结构中单体种类、相对分子量及侧链长度对水泥净浆分散性及分散稳定性的影响，合成产物对水泥净浆基本无缓凝作用又可使砂浆减水率有所提高、砂浆扩展度保持值亦明显改善；对作用机理进行探讨，认为，掺加了所合成的聚羧酸共聚物的萘系高效减水剂，保留了萘系减水剂对水泥较高的分散性，又赋予水泥颗粒较好的分散稳定性，这是静电斥力与立体效应综合作用的结果。