β-环糊精改性聚羧酸减水剂的制备与抗泥性能研究

利用β-环糊精(β-CD)与异丁烯醇聚氧乙烯醚(HPEG)形成包合物,并将β-CD引入聚羧酸减水剂侧链,合成β-CD改性聚羧酸减水剂,通过β-CD限制HPEG侧链的分子运动,减小膨润土对聚羧酸减水剂性能的影响。该改性减水剂的合成工艺与常规聚羧酸减水剂相近,无需对β-环糊精进行化学改性。净浆和混凝土试验结果表明,β-CD改性聚羧酸减水剂具有优异的分散性和抗泥效果,当β-CD用量为HPEG质量的5%时,改性聚羧酸减水剂(PCE5)的初始分散性和保坍性受膨润土的影响最小,抗泥效果最佳。

微波作用下β-环糊精改性酰胺型聚羧酸减水剂的制备及性能研究

β-环糊精为大体积立体空腔构型,兼具外缘亲水、内腔疏水特性,经马来酸酐酯化改性后,结合酰胺型聚羧酸减水剂高性能优势,采用微波辐射技术制备出含β-环糊精侧基的酰胺型聚羧酸减水剂。通过水泥净浆流动度测试表明,在pH值7~11之间β-环糊精改性酰胺型聚羧酸减水剂(MPC)具有较好的耐碱性质;与无β-环糊精侧基的酰胺型聚羧酸减水剂相比,MPC在水泥颗粒表面吸附性强,当掺量为4 g/L时,体系Zeta电位绝对值达41.2 mV,具有较好的静电斥力效应,产品分散性能良好,且减水剂掺量0.5%时,砂浆减水率为34.3%;经MPC性能测试表明,β-环糊精改性酰胺型聚羧酸减水剂兼有缓凝和高效减水效能,与空白样相比,掺量0.3%、0.5%对应的7、28 d抗压强度分别增强了24.6%、37.2%、30.5%、31.4%,说明减水剂对水泥试块后期强度增强显著;并借助红外光谱和扫描电镜技术,依据减水剂分子构效原理,探究了减水剂相关作用机理,以为后期高性能聚羧酸减水剂的开发提供理论基础。

β-环糊精改性PCE对水泥流变及水化性能的影响

为了系统探讨β-环糊精(β-CD)改性聚羧酸减水剂(PCE),利用β-CD改性异戊二烯基聚氧乙烯醚(HPEG)单体得到β-CD/HPEG包合物,将β-CD/HPEG包合物部分取代HPEG,合成β-CD改性PCE,研究β-CD改性PCE对水泥流变性及水化性能的影响。结果表明:将β-CD插入侧链具有较高的空间位阻效应。β-CD修饰PCE的分散性能随β-CD/HPEG包合物的添加量而变化。β-CD改性PCE的分散效果是由β-CD/HPEG包合物空间位阻及-COO-和-OH基团吸附在水泥表面产生的静电斥力引起。β-CD改性PCE对水泥水化的抑制作用增强,导致诱导期延长,早期水化产物减少。但由于β-CD改性PCE的分散性能增强,28 d水化度得到提高,使得水化产物生成量增加。

微波辐射β-环糊精改性APEG型聚羧酸减水剂合成

以烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)、马来酸酐-β-环糊精共聚物、丙烯酸、甲基丙烯磺酸钠为原料,在引发剂过硫酸铵作用下,经微波辐射制备出含β-环糊精结构的醚类侧链型聚羧酸减水剂。结果表明,β-环糊精改性聚羧酸减水剂具有较好的分散、缓凝和增强作用,当减水剂掺量为0.5%时,水泥净浆初始流动度达325 mm,水泥的初凝、终凝时间差分别为202 min和420 min,水泥胶砂7 d、28 d抗压强度比分别为124.6%和121.4%。

含β-环糊精侧基聚羧酸系减水剂的制备与性能

以马来酸酐(MAH)和β-环糊精(β-CD)进行酯化反应制备了马来酸-β-环糊精(MAH-β-CD),讨论了n(MAH)︰n(β-CD),反应时间及反应温度对MAH-β-CD产率的影响.结果表明,当n(MAH)︰n(β-CD)为10︰1,反应温度为90℃,反应时间为8h时,MAH-β-CD产率为75%(质量分数).以丙烯酸(AA)、烯丙基聚乙二醇(APEG)、甲基丙烯磺酸钠(MAS)和MAH-β-CD为原料,通过自由基共聚反应制备了一种含β-CD侧基聚羧酸系减水剂(RPC).基于水泥净浆流动度测试结果,确定共聚反应单体摩尔比n(AA)︰n(APEG)︰n(MAS)︰n(MAH-β-CD)为5.000︰1.000︰0.500︰0.075,引发剂过硫酸铵(APS)用量为单体总量的5%(质量分数),反应温度为80℃,反应时间为5h.用FTIR和1 H-NMR对MAH-β-CD和RPC的化学结构进行了表征.对RPC在混凝土中的应用性能进行了探讨,结果表明:RPC缓凝时间为5h,减水率大于32%(质量分数);掺入RPC后,混凝土早期抗压强度增长较快,新拌混凝土未出现泌水、离析现象.

环糊精改性聚羧酸系减水剂的制备与性能

以丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸钠(MAS)、马来酸酐接枝β-环糊精(MAH-β-CD)和甲基烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)为原料,通过水溶液自由基共聚制备了β-CD改性聚羧酸系减水剂(MPC)。考察了反应物摩尔比、引发剂用量、反应时间及反应温度对减水剂性能的影响。当单体摩尔比n(AA)∶n(MAS)∶n(MAH-β-CD)∶n(APEG)=5∶0.5∶0.1∶1、引发剂过硫酸铵(APS)用量为单体总质量的5%、反应温度为90℃、反应时间为5 h时,所得减水剂性能较好。应用结果表明,掺MPC后水泥净浆流动度可达306 mm、初凝时间为440 min、减水率达32.2%。SEM和强度测试结果表明,掺有MPC的水泥石的结构更加紧密匀质,孔洞更加微小,有利于混凝土后期结构的发展。

β-环糊精侧基对聚羧酸系减水剂结构与性能的影响

通过对不同龄期的硬化水泥石进行XRD、SEM和孔隙率测定,研究了含β-环糊精(β-CD)侧基的聚羧酸减水剂(MPC)对硬化水泥石水化产物种类、数量及其微观结构的影响。XRD结果表明,MPC能明显地促进后期水化产物氢氧化钙(CH)的生成。SEM和孔隙率结果说明,MPC可使水泥石的结构更加紧密匀质、孔隙更加微小。混凝土强度的测定结果表明,MPC可使混凝土7和28d的强度发展更具有优势。

共混β-环糊精改性PVDF膜的制备及性能

以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂、聚乙二醇20000(PEG 20000)和聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP K30)为致孔剂,以β-环糊精(β-CD)为添加剂进行共混改性,采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备了β-CD共混改性聚偏氟乙烯(PVDF)膜。考察了β-CD添加量对改性膜微观形貌、渗透性能和截留性能、亲水性和抗污染性能的影响。结果表明,添加β-CD后改性膜表面开孔数量及孔径增加,膜截面皮层变薄,亚层发展出小指状孔,贯通的大指状孔数量降低,指状孔壁上出现更为疏松的大孔结构。添加β-CD后改性PVDF膜的纯水通量和牛血清蛋白(BSA)截留率均大幅提高,其中β-CD添加量为4%时改性膜的综合性能最佳,其纯水通量为1848 L/(m^(2)·h·bar),BSA截留率为90.43%。添加β-CD后改性膜动态水接触角下降为0°的时间减少,说明其内在湿润性增强。改性膜在渗透性能和分离性能提高的同时保持了较好的抗污染性能,所有膜的通量恢复率均达到98%以上。

聚羧酸系减水剂复配β-环糊精对高贝利特硫铝酸盐水泥性能的影响

高贝利特硫铝酸盐水泥(High belite calcium sulphoaluminate cement,HBCSA)是一种新开发的具有低收缩特性的新型胶凝材料,具有强度发展均衡、不易析碱泛白、体积稳定性高和耐久性好等优异性能。但实际应用中发现HBCSA凝结硬化快,常用缓凝剂都难以有效延缓其快速水化的问题,这成为制约其广泛应用的瓶颈。为有效控制HBCSA的凝结时间,扩大其应用范围,本工作将探讨适用于HBCSA的化学外加剂,并揭示HBCSA的水化硬化作用控制机理,提出有效的调控措施。研究发现,将聚羧酸减水剂(Polycarboxylate superplasticizer,PCE)与缓凝组分β-环糊精(β-cyclodextrin,β-CD)复掺到HBCSA净浆或胶砂试件中具有较好的缓凝效果。同时测试了掺加复合外加剂的HBCSA浆体的流动度、凝结时间和各龄期胶砂试件强度,并利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射分析仪(X-ray diffraction,XRD)、总有机碳(Total organic carbon,TOC)分析仪和八通道热导式等温量热仪深入研究复合外加剂对HBCSA性能的影响。研究结果表明:PCE复掺β-CD的加入减缓了HBCSA水化产物中钙矾石的生成速度,从而有效延长了水泥凝结时间,且两者复配对改善HBCSA的流动性和中后期胶砂强度有积极作用。

聚羧酸减水剂对β-半水磷石膏性能的影响

研究了4种减水剂对β-半水磷石膏流动度的影响,并进一步分析了不同掺量聚羧酸减水剂PS-L对β-半水磷石膏流动度、凝结时间、标准稠度用水量及力学性能的影响,通过扫描电镜(SEM)、全自动压汞仪(MIP)分析了磷石膏的晶体形貌、孔隙率及孔径分布。结果表明,PS-L可有效增大β-半水磷石膏的流动度,延长凝结时间。当PS-L掺量为0.5%时,标准稠度用水量降低至49%,抗压、抗折强度分别为14.8、3.85 MPa,比空白样分别提高了62.6%、57.1%。PS-L使得粗大的板状晶型减少,晶体间搭接更紧密。当PS-L掺量为0.3%,孔隙率和中值孔径分别为51.6%和1065.3 nm,与空白样相比分别降低了12.17%、27.50%。β-半水磷石膏颗粒越细,在0.1%~0.5%范围内,聚羧酸减水剂PS-L掺量越高,硬化体的力学性能越好。

β-环糊精侧链对聚羧酸减水剂抑制蒙脱土的影响

采用水泥净浆和混凝土试验,详细研究了β-环糊精侧链对聚羧酸减水剂抑制蒙脱土负效应的影响。试验表明,与仅含有聚氧乙烯侧链的传统聚羧酸减水剂相比,蒙脱土对掺加含有β-环糊精侧链的聚羧酸减水剂水泥净浆流动度的负作用影响明显减弱;蒙脱土(1.0%,以砂质量计)存在时,为获得与无蒙脱土时相同的混凝土坍落度,β-环糊精类聚羧酸减水剂的掺量增幅减小,掺加β-环糊精类聚羧酸减水剂的混凝土抗压强度下降幅度减小。结合吸附试验分析,β-环糊精类聚羧酸减水剂抑制蒙脱土负效应能力的增强应归功于其侧链中的β-环糊精基团,β-环糊精基团具有中空筒状的刚性结构,其显著的空间位阻效应将阻止蒙脱土颗粒继续吸附其他β-环糊精类聚羧酸分子,进而提高聚羧酸减水剂抑制蒙脱土负效应的能力。

硅烷改性聚羧酸减水剂对水泥-硅灰浆体分散性能影响及机理

硅灰是超高强混凝土(UHSC)中最难被分散的组分,超高强混凝土性能提升需要硅灰的有效分散。通过自由基反应,将乙烯基三乙氧基硅烷接枝引入了主链结构中,合成了一种含有硅烷基团的聚羧酸减水剂(PCES)。采用微坍落度法研究了PCES对水泥-硅灰浆体流动性的影响规律。用有机碳分析仪研究了PCES在水泥净浆和硅灰表面的吸附性能。研究结果表明,聚羧酸减水剂分子结构中引入硅烷基团后,分散水泥-硅灰浆体的能力明显提高,在水泥颗粒表面吸附量增加幅度不大,而在硅灰表面的吸附量有较大幅度增加。PCES能够在含有羟基的硅灰表面同时发生物理吸附和化学吸附,硅灰表面吸附更多的减水剂分子后,其空间排斥能增加,这可能是PCES分散能力提升一个机理。相较普通聚羧酸减水剂,硅烷改性的聚羧酸减水剂更适宜配制超高强混凝土。

硅烷改性聚羧酸减水剂-Na_2SO_4-水泥体系分散及流变性能的研究

采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570),丙烯酸(AA)以及甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)单体,通过自由基聚合法合成了硅烷改性聚羧酸减水剂(SPC)。试验研究了引入硅烷官能团后,减水剂分子成分、电荷密度以及对Na_2SO_4-水泥体系分散及流变性能的影响规律。研究结果表明,在SPC红外特征峰中发现了Si-O的伸缩振动峰,说明SPC成功引入硅烷官能团;电荷密度测试表明,PC比SPC具有较高的-COO-含量;通过分散性能、流变性能及吸附量测试,表明与PC相比,SPC能够通过≡Si-OH与水泥颗粒表面的-OH发生化学缩合反应,提高减水剂分子在Na_2SO_4-水泥体系中对水泥颗粒表面的吸附能力,降低屈服应力和塑性粘度,从而提高减水剂对水泥浆体的分散及流变性能。

改性硅藻土对液态聚羧酸减水剂的吸附性能研究

为了探讨改性前后硅藻土的吸附性能差异,选用溶胶凝胶法和高温酸改法对硅藻土进行改性处理,研究改性前后硅藻土对液态聚羧酸减水剂的吸附性能。结果表明:高温酸改法改性硅藻土试验中,当焙烧温度为500℃、焙烧时间为120 min、盐酸溶液浓度为2.5 mol·L^(-1)时,改性效果最佳;溶胶凝胶法改性的硅藻土对液态聚羧酸减水剂的吸附量大于高温酸改法,溶胶凝胶法改性试验因素对试验指标影响程度由大到小顺序为温度、浓度、时间;吸附动力学证明,硅藻土吸附液态聚羧酸减水剂的行为过程符合速率控制步骤,吸附过程由外部传质控制。

β-环糊精类聚羧酸减水剂的抗泥性能研究

本文作者合成了含有β-环糊精基团的聚羧酸减水剂(PCD-1),并对其抗泥性能进行了详细研究。研究表明,在砂含泥量为6.0%时,掺PCD-1的水泥净浆仍然具有一定的流动性,而对比样品已经完全丧失减水分散能力;当砂含泥量从0.5%增至3.0%时,PCD-1的掺量增幅变小,数据表明PCD-1具有极强的抗泥能力。吸附试验证实,泥对PCD-1的吸附量减小,这是β-环糊精类聚羧酸减水剂(PCD-1)抗泥能力增强的主要原因。

MPEGAA-AA-AMPS改性聚羧酸高效减水剂在高性能混凝土中的保坍性能

采用自制的MPEGAA-AA-AMPS改性聚羧酸高效减水剂和国内外同类产品进行对比试验,在掺量(折固掺量)为0.24%情况下,测定了混凝土的减水率、拌合后C50 HPC的初始坍落度和拌合后1 h、1.5 h内的坍落度保持度以及凝结时间以表征每种减水剂的工作性能。结果表明:与国内外同类产品相比,MPEGAA-AA-AMPS改性聚羧酸高效减水剂不仅在减水效果而且在坍落度保持性能有优势。

苯甲酸酐接枝改性聚羧酸减水剂长侧链端羟基及其性能

采用苯甲酸酐(BA)酯化改性甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)端羟基,制备大单体BA-HPEG,按n(HPEG)∶n(BA-HPEG)=9∶1、8∶2、7∶3的摩尔比与丙烯酸(AA)室温聚合,控制醇酸比为1∶2.5,得到3种聚羧酸减水剂BA-PCE。结果表明,BA与HPEG的端羟基酯化反应完全,所制备的3种BA-PCE其重均分子质量在36800~37700 g/mol,掺3%蒙脱土时,对照组及掺3种BA-PCE的水泥净浆初始流动度分别为190、260、270、275 mm,60 min后对照组已无流动性,掺3种BA-PCE的净浆流动度分别为160、175、183mm,具有良好的抗泥保坍作用。

苯乙烯/环糊精聚羧酸减水剂的制备及抗泥性能研究

在异丁烯醇聚氧乙烯醚(HPEG)、丙烯酸(AA)体系的基础上,通过降低体系酸醚比并引入苯乙烯(ST)及马来酸-β-环糊精(MAH-β-CD)类单元,研制了苯乙烯/环糊精型聚羧酸减水剂。实验结果表明,该材料表现出了良好的抗泥性能,当膨润土掺量为2%,减水剂折固掺量为0.16%时混凝土减水率仍可达27.7%,60 min内坍落度基本无损失。

物理改性聚羧酸系高效减水剂的正交试验研究及对混凝土性能的影响

通过正交试验方法对聚羧酸系高效减水剂进行物理改性,并分析了减水效果、流动性保持能力以及强度三个指标的显著性影响因素,并通过综合考虑确定了复合型聚羧酸系高效减水剂的最佳配方。并以选取的配方进行了性能检测及其混凝土的相关耐久性试验,结果表明该复合型聚羧酸系高效减水剂具有高减水、高增强、适当的缓凝以及优异的耐久性。

蔗糖酯改性聚羧酸减水剂的合成

以自制丙烯酸蔗糖酯(ASE)、自制丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯(MPA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸钠(MAS)为原料,以过硫酸铵(APS)为引发剂,采用水溶液共聚法合成聚羧酸系减水剂。研究了反应过程中单体物质的量比、引发剂用量、蔗糖酯含量对聚羧酸系减水剂性能的影响,在n(AA)∶n(MPA)∶n(MAS)∶n(ASE)=3.5∶1.0∶1.0∶0.3,引发剂用量为2.5%,ASE含量为7.8%(质量比)时合成的改性聚羧酸减水剂性能最好,其折固掺量为0.2%,水灰比为0.29时,水泥净浆流动度达303 mm。