混凝土高性能减水剂的绿色与节能制备方法研究进展

随着“双碳”战略目标和“节能环保”理念的实施,近年来基于绿色材料代替石化原料以及利用新技术手段实现高性能减水剂的节能制备与应用得到了显著进步和飞速发展,展现出巨大的应用潜能。为此,文中从绿色制备及低能耗合成技术两大方面系统综述了高性能减水剂的绿色与节能制备的优势特点,归纳了化学方法和技术原理,分析了其应用效果并展望了未来发展方向,为高性能减水剂材料的绿色与节能制备方法的研究开发提供设计依据。

焦亚硫酸钠的辅助保持效应研究

文章采用液相Ca2+浓度、FT-IR、XRD和SEM等方法探讨焦亚硫酸钠辅助保持机理。实验发现,焦亚硫酸钠的加入早期生成亚硫酸根,降低液相Ca2+浓度、抑制硅酸三钙水化并延缓氢氧化钙的生成,使水化早期钙矾石(AFt)生成量减少,并使其形貌变长变细,随水化龄期增加,加速钙矾石消失,形成大量片层状单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。焦亚硫酸钠主要是通过碱性环境下生成亚硫酸根,延缓并参与水泥水化,同时降低Ca2+浓度,减慢水泥水化对聚羧酸减水剂的消耗,以实现辅助保持效果。

基于抑制粘土负作用效果的聚羧酸减水剂的设计合成及机理

混凝土原材料附带的粘土具有劣化作用,给高性能混凝土的推广与应用带来了新的难题。本研究首次报道了基于粘土和聚羧酸分子尺寸计算自主设计合成的聚羧酸减水剂(PCE)对粘土负作用的改善效果,并结合吸附量、热重(TG)分析和X射线衍射(XRD)分析揭示了其对粘土负作用的抑制机理。计算结果表明,粘土层间吸附的不是整个PCE分子而是其功能性的聚醚侧链。因此针对性地合成了一种立体大尺寸分子结构的PCE,并由核磁氢谱(1 H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)证明了预期结构的存在及其分子量特性。性能评价结果表明,该PCE可在含粘土条件下提高22.2%—35.7%的水泥净浆流动度,并且在高粘土掺量下对混凝土1h坍落度也有明显改善。这归因于其大尺寸的立体结构能够产生显著的空间位阻效应,避免大分子上的聚醚侧链被全部吸入粘土层间,从而保障优良的减水分散功效,表现出抑制粘土负作用的效果。

功能型聚羧酸分散剂材料分子设计的研究进展

聚羧酸是一类重要的有机高分子材料.作为一种阴离子聚电解质,聚羧酸对于介质中的颗粒有显著的分散作用,广泛应用于水泥基材料减水剂、涂料分散剂、水处理阻垢剂等.针对聚羧酸在分散剂材料领域的应用,结合本课题组近年来在该领域的研究工作,综述了功能型聚羧酸分散剂材料在分子设计方面的研究进展.以不同分子形态为依据,将聚羧酸分为线形结构、梳形结构和支化结构(星形与超支化)分别进行论述.线形聚羧酸中,“绿色”单体是主要的发展方向,且嵌段结构在性能方面更具优势.梳形聚羧酸具有独特的侧链结构,其中大单体合成法最为简便,偶联法可用于特种改性,引发法多用于对聚羧酸分子的精准设计.支化聚羧酸具有更高的官能团密度和更强的空间位阻效应,在分子设计和应用方面有更广阔的前景.为今后研究者的聚羧酸分子设计创新提供重要的指导方向.

不同梳状键接结构聚羧酸在高性能混凝土中的应用性能和作用机理

梳状结构聚羧酸具有优异的分子结构可设计性,为绿色混凝土的生态化、高性能化提供了理论基础和技术支撑。本研究以聚丙烯酸(PAA)、羟基甲氧基聚氧乙烯丙烯醚(HMPEPG)、氨基甲氧基聚氧乙烯丙烯醚(AMPEPG)为反应原料,根据酯化和酰胺化反应,分别设计合成了以酯基和酰胺键接主侧链的梳状结构聚羧酸(PCE),并通过红外光谱(IR)和分子量测试证明了分子结构符合预期设计。水泥净浆和混凝土应用性能结果表明,酯基键接聚羧酸的初始净浆流动度和混凝土早期强度更优,酰胺键接聚羧酸的净浆流动度保持能力和混凝土扩展度更优。二者的作用机理存在显著差异,酯基键接聚羧酸的吸附行为更稳定,更易快速成核水化,酰胺键接聚羧酸的表面张力更低,气-液界面取向能力更强。本研究合成的酯键和酰胺键两种方式连接主侧链的梳状结构聚羧酸可分别应用于高早强要求和高泵送要求的混凝土,具有较好的应用前景和推广价值。

支化结构聚羧酸系减水剂的聚合与表征

通过分子结构设计法,以可聚合活性端与甲基烯丙基聚氧乙烯醚(IPEG)和丙烯酸(AA)在水溶液中共聚,合成一种全新支化结构的聚羧酸系减水剂。通过单因素变量优化实验,讨论了聚合阶段酸醚比、巯基乙酸(TGA)、过硫酸铵(APS)和滴加时间对水泥净浆流动度的影响,并采用红外(IR)对所得聚合产物进行结构表征。在本研究确定的聚合条件下合成了支化结构的聚羧酸系减水剂,水泥净浆的研究结果表明,支化结构的聚羧酸系减水剂相比传统梳状结构聚羧酸系减水剂具有更高的减水率、更优异的分散及分散保持性能。