两性混凝土超塑化剂的合成与性能研究

论文摘要

聚羧酸系超塑化剂（polycarboxylate-type Superplasticizer,简写为PC）,与其他类型的超塑化剂相比,因其具有优异的保坍性,较高的减水率等优点,成为混凝土超塑化剂研究领域中的热点。然而,目前聚羧酸系超塑化剂主要是阴离子型的,对非离子型及两性超塑化剂的研究却鲜有报道。由于水泥颗粒的带电性是不同的,无水硫铝酸钙（3CaO·3Al2O3·CaSO4,简写为C4A3S|ˉ）等颗粒带正点,而硅酸二钙等（2CaO·SiO2,简写为C2S）带负电,因此可以推测:既含有阳离子基团又含有阴离子基团的两性超塑化剂其吸附量大。因而,以马来酸酐（Maleic Anhydride, MA）、烯丙基聚乙二醇（Allyl Polyethylene Glycol , APEG ）、甲基酰氧乙基三甲基氯化铵（Methacryloxyethyltrimethyl Ammonium Chloride,简写为DMC）为单体,采用水溶液聚合的方法,以过硫酸钾（Potassium Persulfate,KPS）为引发剂,以普通硅酸盐水泥（Ordinary Portland Cement,简写为OPC）的初始净浆流动度为评价指标,利用正交试验优化实验方案,合成出一种两性聚羧酸系混凝土超塑化剂（Amphoteric Polycarboxylic acid-based Superplasticizers,简写为APC）。得到的最佳实验条件为:单体浓度为25 %,APEG聚合度为7,反应温度80℃,反应时间1.5 h,引发剂KPS的用量为5 %,三种单体投料的摩尔比为n（MA）:n（APEG）:n（DMC）=5.5:1.5:0.5。对合成出的APC进行了红外光谱、液相色谱、表面张力等表征;此外,分别使用了OPC和硫铝酸盐水泥（Sulpho-Aluminate Cement,简写为SAC）两种常用水泥,探讨了各反应因素对APC性能的影响,发现APC在OPC和SAC两种水泥中表现出的性能变化趋势不尽相同。对APC在OPC和SAC中的吸附量和Zeta电位进行了测试,以探讨APC在两种水泥中的作用机理。结果表明:吸附在水泥颗粒表面的超塑化剂分子提供的空间位阻作用是该种两性超塑化剂APC的主要作用机理。为了进一步评价合成出的产品APC的性能,对一种阴离子型商用混凝土超塑化剂也做了力学性能及吸附量的测试,结果表明:APC在OPC中的表观吸附量要大于商用超塑化剂,而力学性能略逊,还需进一步的优化实验条件;APC在SAC中的表观吸附量和力学性能均好于商用超塑化剂,表明APC在SAC中实用性较理想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超塑化剂
• 1.3 聚羧酸系超塑化剂
• 1.3.1 聚羧酸系超塑化剂的分子结构
• 1.3.2 聚羧酸系超塑化剂的分类
• 1.3.3 聚羧酸系超塑化剂的作用机理
• 1.4 两性聚羧酸系超塑化剂
• 1.4.1 两性超塑化剂的分子结构
• 1.4.2 两性超塑化剂的作用机理
• 1.4.3 两性超塑化剂的国内外研究进展
• 1.5 两性超塑化剂研究中存在的问题
• 1.5.1 分子结构与性能的关系
• 1.5.2 作用机理
• 1.5.3 与水泥的适应性
• 1.6 研究意义和目的
• 第二章 两性超塑化剂的合成及性能测试方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料与仪器
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 两性超塑化剂APC 的合成
• 2.3.2 固含量测定
• 2.3.3 表面张力测试
• 2.3.4 特性粘度测试
• 2.3.5 液相色谱测试
• 2.3.6 红外光谱测试
• 2.3.7 Zeta 电位测试
• 2.3.8 表观吸附量测试
• 2.3.9 水泥净浆流动度及流动保持性测试
• 2.3.10 砂浆流动度及流动保持性测试
• 2.3.11 砂浆减水率测试
• 2.3.12 砂浆力学性能测试
• 2.3.13 混凝土坍落度测试
• 2.3.14 混凝土减水率测试
• 2.3.15 混凝土力学性能测试
• 第三章 APC 的合成及在OPC 中的性能
• 3.1 APC 合成条件的优化
• 3.1.1 单体浓度的优选
• 3.1.2 单体配比的优选
• 3.2 APC 红外光谱的测试
• 3.3 APC 液相色谱的测试
• 3.4 APC 表面张力的测试
• 3.5 APC 在OPC 中的性能测试
• 3.5.1 APC 对OPC 的分散性及分散保持性的影响
• 3.5.2 KPS 用量对APC 性能的影响
• 3.5.3 DMC 的用量对APC 性能的影响
• 3.5.4 MA 的用量对APC 性能的影响
• 3.5.5 APEG 含量对APC 性能的影响
• 3.5.6 APEG 聚合度对APC 性能的影响
• 3.6 APC 与ZD 的比较
• 3.6.1 APC 与ZD 表观吸附量
• 3.6.2 APC 与ZD 砂浆性能
• 3.6.3 APC 与ZD 混凝土性能
• 3.7 APC 在OPC 中分散机理的推测
• 第四章 APC 在SAC 中的性能
• 4.1 SAC 概述
• 4.2 适用于SAC 的超塑化剂
• 4.3 APC 在SAC 中的性能
• 4.3.1 APC 对SAC 的分散性及分散保持性的影响
• 4.3.2 KPS 用量对APC 性能的影响
• 4.3.3 DMC 的用量对APC 性能的影响
• 4.3.4 MA 的用量对APC 性能的影响
• 4.3.5 APEG 含量对 APC 性能的影响
• 4.3.6 APEG 聚合度对 APC 性能的影响
• 4.4 APC 与 ZD 的比较
• 4.4.1 APC 与 ZD 表观吸附量
• 4.4.2 APC 与 ZD 砂浆性能
• 4.4.3 APC 与 ZD 混凝土性能
• 4.5 APC 在 SAC 中分散机理的推测
• 第五章 结 论
• 5.1 APC 在 OPC 中的实验结论
• 5.2 APC 在 SAC 中的实验结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 一、在校期间发表的学术论文
• 二、在校期间参加的项目
• 三、在校期间获奖情况