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低表面張力型聚羧酸減水劑的合成與性能研究

來(lái)源:曹瑩瑩 瀏覽 608 次 發(fā)布時(shí)間:2022-10-17

在現(xiàn)代混凝土中,化學(xué)外加劑是重要的組成成分。尤其減水劑的應(yīng)用,使得混凝土的質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍,極大地推動(dòng)了現(xiàn)代建筑的發(fā)展。但是現(xiàn)代混凝土中普遍使用低水膠比,使得混凝土干燥收縮和自收縮問(wèn)題日益嚴(yán)重,目前有使用各種措施來(lái)改善混凝土的早期收縮開(kāi)裂問(wèn)題,但是效果仍不盡如人意。聚羧酸減水劑問(wèn)世以來(lái),就成為備受矚目的新一代高效減水劑,具有高減水率、綠色環(huán)保、功能可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn),已在各工程中得到廣泛應(yīng)用。


目前有很多學(xué)者利用聚羧酸減水劑的分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性來(lái)合成各種功能型聚羧酸減水劑,實(shí)現(xiàn)高減水率的同時(shí)又能改善混凝土的其他性能。本文依據(jù)聚羧酸減水劑的分子可設(shè)計(jì)性,根據(jù)混凝土干燥收縮機(jī)理,合成了一種低表面張力型聚羧酸減水劑SRPCE。先通過(guò)酯化反應(yīng)合成具有聚合活性的低表面張力單體MD,通過(guò)對(duì)酯化率的測(cè)定,確定了最佳酯化條件:酸醇比為3:1,反應(yīng)溫度為130℃,反應(yīng)時(shí)間為4.5h,催化劑用量為4%。然后將MD與甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸等單體通過(guò)聚合反應(yīng)合成低表面張力型聚羧酸減水劑。


聚合反應(yīng)通過(guò)控制變量,進(jìn)行單因素分析,確定了最佳聚合條件為反應(yīng)溫度為40℃,滴加時(shí)間3h,保溫2h,反應(yīng)物濃度為40%,APS用量為單體質(zhì)量的3%,n(AA):n(TPEG):n(MD)=20:5:4。采用紅外光譜儀(IR)、凝膠色譜儀(GPC)對(duì)低表面張力型聚羧酸減水劑進(jìn)行了分子結(jié)構(gòu)表征及分子量分析。結(jié)果表明,產(chǎn)物中有預(yù)期的官能團(tuán),表明低表面張力單體成功接枝在了聚羧酸減水劑上,GPC表明分子量在20000左右。對(duì)比了自制的低表面張力型聚羧酸減水劑(SRPCE)與減縮劑(SRA)、普通聚羧酸減水劑(PCE)的應(yīng)用性能。SRPCE和PCE的凈漿流動(dòng)度相差無(wú)幾,SRPCE的流動(dòng)度損失更小。摻加SRPCE的膠砂28d減縮率為28.6%,具有良好的減縮效果。SRPCE與混凝土適應(yīng)性良好,具有較好的工作性能,對(duì)膠砂、混凝土的強(qiáng)度均無(wú)不良影響。摻加SRPCE可以減少孔徑為2.5~50nm的孔體積,減少了少害孔、有害孔的數(shù)量,優(yōu)化了水泥的孔結(jié)構(gòu),對(duì)減小干縮起到了顯著作用。從溶液的表面張力、Zeta電位、吸附量、蒸發(fā)速率和水泥水化方面對(duì)低表面張力型聚羧酸減水劑的作用機(jī)理進(jìn)行了分析。


結(jié)果表明,接枝了MD單體的聚羧酸減水劑可顯著降低溶液的表面張力,濃度為2.0%時(shí),可將水的表面張力從72.1m N/m降至35.6m N/m,且表面張力穩(wěn)定性保持良好;PCE、SRPCE均降低了Zeta電位,并且變化趨勢(shì)與流動(dòng)度變化趨勢(shì)、吸附量一致;PCE、SRPCE的加入均降低了溶液的蒸發(fā)速率,減緩了水分的蒸發(fā),一定程度上起到了減縮的效果;對(duì)水泥的水化產(chǎn)物及形貌沒(méi)有特別的影響。