减水剂改性固废基蒸压加气混凝土的制备与性能研究

以花岗岩石粉、黄河特细砂为硅质材料,以电石渣为钙质材料,以聚羧酸减水剂为改性剂,制备固废基蒸压加气混凝土(AAC)。研究了聚羧酸减水剂掺量对AAC料浆流动性、发气过程、抗压强度、干密度、孔隙率和孔径分布的影响。结果表明,减水剂掺量由0.15%增大到0.30%,料浆初始流动度、发气速率、发气量和孔隙率逐渐增大,制品抗压强度和干密度逐渐降低。减水剂掺量为0.25时,料浆初始流动性270 mm,发气量208 mL,孔隙率82.54%,抗压强度2.9 MPa,干密度509 kg/m^(3),AAC综合性能最优。减水剂掺量大于0.2%时,2 mm以上的大孔基本消失,孔隙率和孔壁无害孔含量对AAC抗压强度影响更明显。

聚丙烯酰胺与减水剂对水泥水化的影响

聚丙烯酰胺(PAM)对水泥水化及性能的影响限制了机制砂的规模化应用。本文研究了三种典型聚丙烯酰胺(PAM)与聚羧酸减水剂(PCE)、萘系减水剂(FDN)相互作用对水泥浆体早期性能的影响。研究发现,PAM与PCE、FDN相互作用会显著提升水泥浆体的剪切应力,对其流动性有负面影响。PAM的桥接效应减弱了PCE、FDN的静电斥力作用,束缚了部分可反应的自由水,降低了水泥浆体水化放热量和水化产物生成量。随着PAM掺量增加,PAM-PCE体系主要是纳米孔增加,但对强度影响较小,而PAM-FDN体系,孔隙增加集中在微米孔,强度下降显著。三种PAM中,阳离子PAM(APAM)与PCE、FDN的相互作用会显著抑制水泥水化产物的生成。

利用制浆黑液研制混凝土减水剂及其在建筑工程上的应用研究

在制浆造纸过程中产生的大量制浆黑液对环境有很大危害,处理制浆黑液时要把环境和水源的保护考虑在内。目前制浆黑液混凝土减水剂的研发及应用于建筑工程,是安全绿色处理制浆黑液的有效途径,不仅使废料重新利用,还节约了减水剂制造成本,达到双赢效果。制浆黑液研制的减水剂对混凝土制品抗压性能和抗渗性能的提升及其在建筑工程上的应用是建筑行业及制浆造纸行业的巨大突破。废料的二次利用不仅节约了制造成本,还降低了混凝土的生产成本,更好地保护了环境,从而实现了可持续发展,为以后的制浆黑液废液处理提供了新的思考方向和借鉴价值。

CeO_(2)可见光催化合成APEG保坍抗泥型聚羧酸减水剂

可见光异相催化合成聚羧酸系减水剂是进一步提高单体活性种生成率和减水剂性能的有效手段。本文以CeO_(2)为催化剂,(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)为引发剂,烯丙基聚氧乙烯醚(APGE-1000)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和马来酸酐为单体,可见光催化聚合制备出APEG保坍抗泥型聚羧酸减水剂,初始及含泥净浆流动度分别为295 mm和275 mm,30min后经时损失均为零,展现出良好的分散性、保坍性和抗泥性,性能优于相同条件下热聚合制备的同种减水剂。系统表征发现,两者性能存在差距的原因是分子量不同,但两种减水剂具有相同的水化和抗泥机理,均能延缓水泥水化进程并使蒙脱土层出现不完全的剥离或分叉,与聚合方式无关;并且CeO_(2)具有吸收可见光的能力,在可见光照射下可产生的·OH和·O_(2)^(-)参与聚合反应,促进单体活性种的生成,提高了聚羧酸减水剂的分子量和应用性能。

碳六型聚羧酸减水剂的制备与性能研究

目的确定碳六型聚羧酸减水剂的最佳制备工艺,解决碳六型聚羧酸减水剂随存放时间延长保塑性下降的问题。方法以丙烯酸(AA)、乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚(EPEG)及次亚磷酸钠(SHP)等为主要原材料,通过自由基共聚反应,制备得到了碳六型聚羧酸减水剂。通过水化热、SEM、XRD等测试方法,研究碳六型聚羧酸减水剂的性能。结果当聚醚单体分子量为3000、酸醚摩尔比为5∶1、起始反应温度为15~20℃时,碳六型聚羧酸减水剂的分散性及保塑性最佳。结论碳六型聚羧酸减水剂在分散性及保塑性方面均优于甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)型减水剂;加入稳定剂后,碳六型聚羧酸减水剂的保塑性得到了明显提升。

减水剂对固化土强度影响的研究

为了探究聚羧酸、木质磺酸钙(木钙)两种减水剂对固化土强度的影响规律,在不同养护龄期下,对添加不同掺量减水剂的固化土开展了一系列无侧限抗压强度试验,从水化产物角度阐述了固化土强度随两种减水剂掺量的演变机理。试验结果表明:掺有两种减水剂的固化土强度均随着龄期的增加而增加,前期强度增长速度快,后期强度增长缓慢。固化土的强度随着聚羧酸掺量的增加呈现先增加后缓慢减小的趋势,当聚羧酸掺量为0.4%时,固化土强度达到最大值;固化土的强度随木钙掺量的增加逐渐减小,木钙减水剂提升强度的效果弱于聚羧酸减水剂。

低热水泥与减水剂的相容性研究

本文研究了低热水泥与聚羧酸减水剂和萘系减水剂相容性的差异,并以普通硅酸盐水泥作为基准,通过流动度以及经时损失和流变性能评价了水泥与减水剂的相容性。结果表明:在低热浆体中,萘系减水剂的饱和掺量点大于聚羧酸减水剂;低热水泥展现出不弱于普通硅酸盐水泥的良好相容性,并且低热水泥与聚羧酸减水剂的适应性要好于萘系减水剂;含减水剂的低热水泥净浆的流变特性符合Bingham模型,掺入聚羧酸减水剂的低热水泥浆体呈现为典型的牛顿流体,而掺入萘系减水剂的低热水泥浆体呈现为剪切稀化流体。

聚羧酸减水剂与萘系减水剂复掺对C25商品混凝土性能的影响

研究了聚羧酸高效减水剂与萘系高效减水剂复掺对强度等级为C25的商品混凝土性能的影响。分别研究了两者以不同比例复掺,对水泥净浆流动度、混凝土坍落度、混凝土扩展度、混凝土坍落度经时损失和混凝土抗压强度的影响情况;通过试验表明,聚羧酸高效减水剂与萘系高效减水剂复掺后,对水泥净浆流动度、混凝土坍落度、混凝土扩展度、混凝土坍落度经时损失和混凝土强度都有影响。

含抗泥功能单体的聚羧酸减水剂的制备及抗泥性能

采用聚乙二醇400(PEG400)合成了一种新型抗泥功能单体(FM),并将其引入到聚羧酸减水剂(PCE)的分子结构上,制备了几种抗泥型聚羧酸减水剂(AC-PCE)。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)对FM和PCE进行表征,分别通过净浆流动度和砂浆流变性试验考察PCE在含蒙脱土(MMT)水泥净浆和水泥砂浆中的分散性能,并研究了PCE在MMT上的吸附特性。结果显示,与不含FM的聚羧酸减水剂相比,AC-PCE减少了在MMT上的吸附量,抑制了MMT的插层吸附,降低了含MMT水泥净浆经时流动度损失以及含MMT水泥砂浆的屈服应力。研究表明,AC-PCE具有良好的抗泥性能。

减水剂对流态固化淤泥流动性的影响试验研究

相比传统回填材料,可控性能流态固化回填料(Performance-controlled fluidized solidified backfill material,PCFS材料)具有高流态、自密实等特点,能够有效避免因压实不充分导致的工程问题,特别适用于狭窄区域的回填。以淤泥为原材料,水泥为固化材料制备强度、流动性和凝结时间等性能可控的PCFS材料,通过流动度试验探讨了不同初始条件对PCFS的流动性的影响规律,为提升PCFS的流动性能,选择了木钙、萘系、聚羧酸3类减水剂,对3类减水剂提升PCFS流动性的效果进行对比分析。试验结果表明:PCFS的流动度和初始含水率之间存在线性正相关关系;水泥的掺入会导致PCFS流动度明显降低,且主要发生在水泥掺量≤2%时。3类减水剂对PCFS流动度的提升幅度从大到小依次为聚羧酸>萘系>木钙,其中聚羧酸和木钙的掺入会引入气泡,萘系和木钙的“饱和掺量”分别为2%,4%。水泥掺量不同又会使得3类减水剂提升流动度的效果产生明显差异,水泥掺量的增大使得木钙的提升效果降低,对于聚羧酸的影响则较小,而对于萘系则表现出了“反常效应”。最后讨论了“饱和掺量”和“反常效应”的成因,并提出了初始含水率2wL、5%水泥掺量条件下PCFS的流动度表达公式。

复合功能型聚羧酸减水剂的制备及其性能研究

以改性聚醚异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG-2400)为功能大单体,甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、丙烯酸(AA)和顺丁烯二酸酐(MA)为功能小单体,以过氧化氢(H_(2)O_(2))-抗坏血酸(Vc)氧化还原体系为引发剂,以巯基丙酸(MPA)为链转移剂,通过水溶液自由基聚合法,制备一种兼具抗泥、保坍性能的复合功能型聚羧酸减水剂。通过正交实验设计得出最佳合成条件,并通过单因素实验优化合成条件。通过FTIR、TGA、TOC进行性能表征。结果表明,最佳合成工艺条件:反应温度为45℃,n(AA)∶n(TPEG)=4.0∶1,n(DMC)∶n(TPEG)=0.75∶1,n(MA)∶n(TPEG)=0.6∶1,巯基丙酸(MPA)用量为大单体聚醚的0.65%,引发剂用量为大单体聚醚的1.27%,且m(H_(2)O_(2))∶m(Vc)=3.5∶1,A液、B液滴加时间为3.0,3.5 h。此合成工艺条件下,得到的复合功能型聚羧酸减水剂分散性能较好,对蒙脱土的敏感性较低且经时坍落度损失较小。

高效缓凝减水剂与氧化镁膨胀剂对混凝土性能的影响

研究了不同高效缓凝减水剂(柠檬酸、葡萄糖酸钠、柠檬酸镁、柠檬酸锂)分别与氧化镁膨胀剂的共同作用对混凝土工作性、力学性能、干燥收缩、抗裂性能的影响。结果表明:柠檬酸锂对掺氧化镁膨胀剂混凝土拌合物的坍落度有负面影响,但柠檬酸、葡萄糖酸钠、柠檬酸镁能在一定程度上改善混凝土的工作性;各高效缓凝减水剂均可提高混凝土的力学性能;葡萄糖酸钠、柠檬酸镁、柠檬酸锂均可减少混凝土的干燥收缩;柠檬酸、葡萄糖酸钠、柠檬酸镁均对氧化镁膨胀剂在混凝土中的补偿收缩作用有正向影响,其中,柠檬酸镁、葡萄糖酸钠的效果相对更好;柠檬酸对掺氧化镁膨胀剂的混凝土早期开裂性能有负面影响,会促进裂缝的产生。

磷酸酯缓释型聚羧酸减水剂的制备及性能研究

本文通过在30℃合成温度、过硫酸铵(APS)作还原剂作用下,使用乙烯基聚乙二醇醚(EPEG)、丙烯酸(AA)与乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯(HEMAP)反应合成得到磷酸酯缓释型聚羧酸减水剂。文中对该减水剂进行水泥净浆及混凝土实验测试,实验表明,该产品具有良好的缓释效果,能极大满足混凝土企业远距离施工的需求,并对该减水剂进行了FT-IR与GPC结构表征。

基于竞聚率设计制备组成均匀的聚羧酸减水剂

基于实验得到的聚羧酸减水剂(PCE)共聚单体的竞聚率数据,采用控制转化率和补加活泼单体相结合的方法,结合理论计算和实际测定结果,确定了活泼单体丙烯酸(AA)补加时间及补加量,使其在共聚过程中始终与大单体异丁烯基聚乙二醇醚(MAPEG)组成保持基本不变,以保证聚合反应不同时间段生成的共聚物组成和结构与设计值一致。为系统研究控制工艺的准确性和可靠性,将其与传统投料工艺反应过程中所得产物的组成对比,考察了控制共聚物组成对分散性能的影响。结果表明,基于竞聚率的控制工艺制备PCE过程中,分段补加消耗较快的AA抑制了AA和MAPEG在共聚物瞬时组成的变化幅度,共聚物的平均酸醚比[n(AA)/n(MAPEG)]分别为2.8、3.8、4.8,基本接近设计酸醚比(3.0、4.0、5.0);其制备的PCE平均主链长度及主链上羧基含量、大单体含量较高,使PCE覆盖面积和吸附层厚度增大,从而提升了水泥净浆初始流动度和流动保持性能。

不同吸附基团的减水剂对水泥浆体塑性黏度的影响

为揭示主链不同吸附基团对水泥吸附与分散和水泥浆体流变性能的影响,分别以单羧酸吸附基团的丙烯酸(AA)、双羧酸吸附基团的马来酸酐(MA)、磷酸吸附基团的异丙烯膦酸(IPPA)与异戊烯醇聚氧乙烯-聚氧丙烯醚(IPE_(12)PP_(3)G,Mw=762)进行自由基聚合反应制备了酸醚比、主链聚合度、侧链长度和侧链相同,但吸附基团不同的3种减水剂,并对其性能进行凝胶渗透色谱、红外光谱和核磁共振氢谱的分析获得了合成产物的相对分子质量及其分布等结构信息。同时测试了合成减水剂的络合能力、流体力学半径、水泥颗粒表面的吸附量、Zeta电位、吸附层厚度和水泥水化放热速率。结果显示,双羧酸吸附基团的马来酸酐合成的减水剂表现出更强的络合能力(Ca2p结合能与空白样发生化学位移分别为0.17 eV和0.07eV)、更小的流体力学半径(5.46 nm)、更大的吸附量(2.65 mN/m^(2))、Zeta电位(-26.507 mV)和吸附层厚度(1.16 nm),水泥水化放热速也相对最慢。

粉煤灰对水泥与聚羧酸减水剂相容性的影响

水泥与减水剂相容性差会导致混凝土急凝、坍落度经时损失大和离析泌水等情况,粉煤灰的掺加会影响水泥与减水剂的相容性。试验结果表明:随着减水剂掺量的增加,在0.29和0.23这2种水胶比下,基准水泥与减水剂的相容性比硅酸盐水泥与减水剂的相容性好,并且水胶比大混凝土的流动性较好,故水胶比为0.29时,基准水泥与减水剂的相容性更好;粉煤灰的掺加改变了减水剂掺量、饱和掺量点和离析点,适量的粉煤灰掺量可以改善水泥与高效减水剂的相容性,考虑到浆体的初始流动度和流动度经时损失,粉煤灰的最佳掺量为30%;相对于粉煤灰FA1,粉煤灰FA2的饱和掺量点低,60 min净浆流动度经时损失小,故FA2对水泥与减水剂相容性的改善效果更明显。

减水剂对再生微粉-矿渣-水泥基砂浆流变性能的影响

【目的】探究减水剂对再生微粉-矿渣-水泥基砂浆(regenerated micro-powder-slag-cement-based mortar,RSCM)流变性能的影响,通过添加减水剂有效利用再生微粉和矿渣粉等固废材料,为解决固废基砂浆在工作性能方面的不足提供方案。【方法】使用3种不同减水剂(萘系、三聚氰胺系和聚羧酸系),研究在不同掺量下RSCM流变性能的变化规律,计算RSCM的触变环面积、屈服应力、塑性黏度和水膜层厚度,建立水膜层厚度对于浆体屈服应力的预测模型。【结果】随着减水剂掺量的增加,RSCM的触变环面积、屈服应力和塑性黏度减小,而水膜层厚度增加;三聚氰胺系减水剂对流变性能的改善效果最明显,在三聚氰胺系减水剂质量分数为0.6%时,RSCM的触变环面积为2660 Pa/s,屈服应力达到74.7 Pa、塑性黏度达到2.79 Pa·s,水膜层厚度为0.67μm;若减水剂用量持续增加,RSCM将变得很稀,不能应用于实际工程;RSCM的水膜层厚度与屈服应力呈函数关系。【结论】3种减水剂中,选择三聚氰胺系减水剂是比较合适的;RSCM的水膜层厚度与屈服应力的关系模型具有较高的精度和适用性。

新型抗泥聚羧酸减水剂的合成及性能研究

氯丙烯封端脂肪醇聚氧乙烯醚(AC-AEO9)作为一种可聚合型表面活性剂,具有较大的空间位阻。使用AC-AEO9作为抗泥功能单体,制备了新型抗泥聚羧酸减水剂(A-PCE),并考察了功能单体用量对A-PCE分散性和抗泥性的影响,采用X射线衍射仪与比表面与孔径分析仪揭示了A-PCE的抗泥机理。结果表明,在减水剂掺量为0.23%、功能单体与减水剂大单体摩尔比为1∶5的条件下,掺A-PCE的水泥净浆初始、120 min流动度为275、270 mm,减水剂表现出最佳的分散性和抗泥性;由于抗泥功能单体的引入,聚羧酸减水剂具有良好的分散性且在黏土上吸附更少,对黏土的适应性更强。

前沿科研成果融入大学生创新实验项目教学——以聚羧酸减水剂的制备及其对水泥流动度的影响为例

将前沿科研成果融入到大学生创新实验项目教学中,进行了以“聚羧酸减水剂的制备及其对水泥流动度的影响”为案例的综合性创新实验教学设计安排。首先让学生学会化学反应机理和聚合物的分散作用机理,然后让学生制备聚羧酸减水剂,并对减水剂对水泥的流动度性能的影响进行测试,进一步探索出采用不同用量丙烯酸和过硫酸钾制备的聚羧酸减水剂对水泥流动度的影响变化规律,增强了实验的创新性、高阶性和趣味性。本课程注重以学生发展为中心,将BOPPPS教学模式引入教学过程中,不仅可以扩展学生的知识面、锻炼实验操作技能,还能提升学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

EPEG抗泥型聚羧酸减水剂的制备及性能研究

选用乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚(EPEG)作为大单体,与丙烯酸(AA)、异构酯(MA)等小单体在恒温条件下通过自由基共聚反应合成了EPEG抗泥型聚羧酸减水剂KN-E。利用水泥净浆试验探究不同反应条件合成的KN-E对水泥分散性与适应性的影响,通过混凝土试验验证KN-E的抗泥性能。结果表明,当单体配比为n(AA)∶n(EPEG)∶n(MA)=4.0∶1.0∶0.2时制备的KN-E具有较好的分散性能,且适应性好,应用于混凝土中表现出较好的抗泥性能和良好的工作性能,对混凝土早期强度发展起到促进作用。