梯度结构聚羧酸减水剂的合成与表征

单体丙烯酸(AA)与聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA)采用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)通过调整滴加工艺条件成功制备了梯度结构的聚羧酸减水剂(PC)。采用水性凝胶渗透色谱(GPC)和核磁共振氢谱(~1H NMR)表征梯度PC的分子结构,结果表明,梯度PC结构可控,侧链和吸附基团在主链上呈现梯度分布。通过净浆流动度测试和总有机碳分析(TOC)验证了梯度PC作为减水剂的有效性。试验结果表明,梯度PC吸附在水泥颗粒表面,改善了其浆体的流动性。

水溶液中可逆加成断裂链转移法制备梯度结构保坍型聚羧酸减水剂

通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合在水溶液中利用半连续单体投料工艺成功合成了一种梯度结构保坍型聚羧酸减水剂(PCEs)。TPEG大单体采用一次性加入、AA和保坍型功能单体HEA采用滴加工艺,用水溶性RAFT试剂BDMAT调控三者的共聚合,所得共聚物的分子质量分布很窄,分布指数在1.26~1.35;大单体的转化率与反应时间呈线性关系,验证该体系为活性聚合体系;TPEG单体转化率随时间呈梯度变化,证明共聚物的序列特征为梯度结构;水泥净浆流动度测试表征了梯度产物的保坍性能。

聚羧酸系减水剂结构模型与高性能化分子设计

介绍了聚羧酸系减水剂的基本原材料、种类与合成方法,讨论了该减水剂的作用机理、分子结构与性能变化等,提出了减水剂的分子结构模型,证明了以两性型-非离子型混合分子结构为特征的羧酸共聚物其性能最好,此结论可用于聚羧酸系减水剂高性能化的设计.

聚羧酸系减水剂结构与分散性能研究进展

从减水剂中锚固基团种类,侧链和分子构型等方面,介绍了聚羧酸系减水剂的特点,综述了聚羧酸减水剂分子结构与性能关系,重点阐释了聚羧酸减水剂分子结构特点、吸附的影响因素、吸附模型和分散模型等研究现状。

减水保坍型聚羧酸减水剂的合成及性能研究

以4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚(VPEG)大单体、丙烯酸(AA)为主要原料,引入保坍单体丙烯酸羟乙酯(HEA),以巯基丙酸(MPA)为链转移剂,在H_(2)O_(2)/L-抗坏血酸(V_(C))氧化还原引发体系下,通过自由基聚合制备出减水保坍型聚羧酸减水剂(V-HEA)。通过红外光谱、凝胶色谱测试对合成的V-HEA进行分子结构表征,并与市售保坍型聚羧酸减水剂(HPWR-S)进行水化热与混凝土性能对比分析。结果表明,V-HEA的最佳合成工艺参数为酸醚比4.4,酯醚比2.5,引发剂、硫酸亚铁和链转移剂掺量分别占大单体质量的0.76%、0.10%和0.74%。掺入硫酸亚铁可提高单体的转化率,且V-HEA的数均分子量为17650,重均分子量为42713,单体转化率高达95.03%。掺入V-HEA时混凝土的水化峰值温度较掺入HPWR-S时延迟4 h 24 min,且第二水化速率峰出现时间延迟约4 h,更加延缓水泥的水化。掺入V-HEA的混凝土2 h坍落度仅损失5.8%,且混凝土强度与掺入HPWR-S产品相当,V-HEA具有较好的应用前景。

聚羧酸减水剂分子结构表征及其与性能的关系研究

在合成聚羧酸系减水剂的基础上,介绍聚羧酸系减水剂分子结构的表征方法,研究减水剂的分子结构对减水率和水泥净浆流动度的影响。结果表明,当羧基与醚的物质的量比为2.0～3.0时,减水率和流动度保持性均较好;聚醚侧链聚合度以12～23较好。综合考虑性能与成本,最适宜的聚合时间为2h,最佳的缩合时间为5h。

聚羧酸减水剂分子结构对C_3A-石膏体系吸附性能及水化行为的影响

通过研究C3A-Ca SO4·2H2O体系在不同分子结构的聚羧酸减水剂存在的条件下的吸附性能和水化历程,结合TOC、XRD、SEM等检测手段分析了分子结构对体系吸附性能及水化行为的影响机理。试验结果表明,聚羧酸减水剂分子结构中羧基数量增加会促进体系对减水剂的吸附;而减水剂分子结构中羟基数量增加,体系对减水剂的吸附量则会减少;而减水剂分子结构中酯基会在水化过程中水解生成羧基和羟基,改善体系的吸附和分散性能。体系对聚羧酸减水剂分子的吸附会一定程度的抑制体系水化反应。

聚羧酸减水剂对α-半水脱硫石膏的水化进程及其硬化体微结构的影响

采用扫描电镜、压汞测孔仪等微观分析方法,结合宏观物理力学性能实验,测试了加入聚羧酸减水剂后α-半水脱硫石膏的水化温升、水化率、硬化体的强度、孔结构以及显微结构,并研究聚羧酸减水剂对α-半水脱硫石膏水化硬化性能的影响。结果表明,聚羧酸减水剂对石膏水化进程影响较小;在一定的掺量内,聚羧酸减水剂能大幅提高石膏硬化体强度,改善硬化体孔结构,降低石膏孔隙率,细化孔径,这是聚羧酸减水剂提高α-半水脱硫石膏硬化体强度的内在原因。

聚醚型聚羧酸减水剂的侧链结构对其性能的影响

采用烯丙基聚氧乙烯醚(APEG)、丙烯酸(AA)、马来酸酐(MA)及甲基丙烯磺酸钠(MAS)为单体,以过硫酸铵为引发剂,在水溶液中共聚合成了具有不同长度侧链的聚醚型聚羧酸减水剂。利用凝胶渗透色谱(GPC)测定了不同侧链结构减水剂的分子质量,进而研究了不同分子质量的聚醚型聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为对水泥的分散性能和水泥早期水化的影响。结果表明,水泥颗粒对聚醚型聚羧酸减水剂的吸附具有选择性,在相同条件下,水泥颗粒会优先吸附单一侧链结构聚醚型聚羧酸减水剂中分子质量较高的减水剂分子;分子质量适中的复合侧链聚醚型聚羧酸减水剂比单一侧链和分子质量过大或过小的复合侧链聚醚型聚羧酸减水剂更容易在水泥颗粒表面上发生吸附,对水泥颗粒具有显著的分散性能,同时能够显著地延缓水泥早期水化。

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。

2种不同结构聚羧酸系减水剂的相关性能对比研究

烯丙基醚型聚羧酸系减水剂PC-ZH采用烯丙基聚乙二醇(APEG)、马来酸酐和丙烯酸甲酯为单体,在引发剂作用下直接聚合制得;甲基丙烯酸甲酯类聚羧酸系减水剂PC-S是市场上普遍使用的以聚乙二醇单甲醚(MPEG)和甲基丙烯酸为单体合成的聚羧酸系减水剂。针对这2种不同结构的聚羧酸系减水剂,开展了合成工艺、分子结构、净浆和混凝土性能、吸附性能及经济性等多方面的试验与分析对比。结果表明,虽然两者性能相当,但PC-ZH减水剂的原材料成本可降低约10%,且生产能耗较低,因此,PC-ZH是一种性价比较高的聚羧酸系减水剂。

大单体结构对聚羧酸减水剂性能的影响

以甲氧基聚乙二醇醚甲基丙烯酸酯(MPEG-1300MA)、丙烯醇聚乙二醇醚(APEG-1300)、甲基丙烯醇聚乙二醇醚(MAPEG-2400)以及异戊烯醇聚乙二醇醚(IPEG-2400)4种不同结构的大单体为主体,辅助一定的可共聚单体在各自最佳工艺条件下制备了4种聚羧酸减水剂。对合成的4种减水剂进行了适应性试验,并按GB 8076—2008《混凝土外加剂》测试减水剂的物化性能和混凝土应用性能。测试结果表明,4种减水剂性能有一定的差异,但在混凝土应用中复配使用,可以做到性能互补。

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。

可溶性氯盐对掺不同结构聚羧酸减水剂水泥浆体流变性的影响

聚羧酸梳型共聚物(PC)具有良好的分散能力和流动度保持能力,因此被广泛应用于低水灰比条件下配制大流动度、自密实混凝土。但由于我国混凝土用原材料地域差别大,在聚羧酸减水剂的使用过程中经常会出现坍落度损失大、堵泵等问题。在实验室合成具有不同分子结构的聚羧酸梳型共聚物,较为系统地研究了可溶性氯盐对掺不同分子结构聚羧酸减水剂水泥浆体流变性的影响。试验研究表明,含有一价钠离子和二价钙离子的氯盐对体系剪切应力和表观黏度的影响大致相同,而三价铝离子氯盐的加入则会显著增大体系在相同剪切速率下的剪切应力和表观黏度。

聚羧酸减水剂在水泥基材料中的结构变化研究

模拟了聚羧酸高效减水剂(PC)存在下水泥水化的强碱性环境,测试了PC分子结构在无水泥强碱性体系中(空白)及水泥浆体中的变化情况。采用乙醇提取法及硫酸腐蚀法提取硬化水泥试块中的PC作用物,并对纯化后的提取物进行了红外光谱分析,结果表明:PC在水泥浆体水化过程中的酯基与酰胺基已逐步被水解成羧基,PC在水泥浆体3 h时酯基几乎彻底水解,PC在水泥硬化7 d时酰胺基几乎完全消失。

聚羧酸减水剂官能团及分子结构影响水泥初期水化浆体温升的研究

以水泥初期水化浆体的温度升高多少为依据,研究了合成聚羧酸减水剂的羧基、磺酸基、羟酯基等各官能团及其比例,聚醚支链的长短,减水剂分子量大小等因素对水泥水化浆体温升的影响。结果表明：聚羧酸减水剂分子结构中羧基含量增加,羟酯基与羧基物质的量比为1∶1.5-2.0时,水泥水化浆体温升峰显著降低,温升峰出现的时间明显延长;磺酸基含量小于50%时,促使水泥水化,温升峰升高;羟酯基对水泥水化基本无影响;支链聚合度为20时,水泥水化浆体温升峰最低;分子量在一定范围内的聚羧酸减水剂能很好的抑制水泥水化浆体的温升。

聚羧酸减水剂对混凝土结构影响

混凝土结构决定其性能。通过扫描电镜和压汞试验,表征和分析了聚羧酸减水剂对混凝土硬化水泥浆体、界面结构和水泥石孔结构的影响。结果表明,早龄期的混凝土硬化水泥浆体和界面结构裂纹较宽,裂缝较多,而龄期长则结构较密实;相同龄期掺有聚羧酸减水剂的混凝土硬化水泥浆体和界面过渡区结构裂缝数量、裂纹宽度均小于萘系减水剂;聚羧酸减水剂降低了水泥石的平均孔径,最可几孔径和孔隙率;少害孔和无害孔的含量多,而有害孔和多害孔含量少。聚羧酸减水剂对混凝土结构的作用优于萘系减水剂。

聚羧酸减水剂改性金属油罐全寿命防腐材料抗老化及微观结构研究

通过添加比例不同的聚羧酸减水剂用于改性金属油罐全寿命防腐材料,然后对涂覆样板分别进行常温养护和紫外老化实验并测试其物理性能,最后采用扫描电镜分析了材料试样内部结构的微观形貌,发现样板表面气泡减少,物理性能得到不同程度的改善,而且添加量为1.0%的聚羧酸减水剂对金属油罐全寿命防腐材料的减水效果最优且对防腐材料内部结构的改善也比较明显.

聚羧酸系减水剂组成与结构特征对水泥水化进程的影响

通过自由基共聚合反应制备了7种具有不同侧链聚合度、分子质量和羧基/侧链比的聚羧酸系减水剂(PC),并采用微量热仪对掺有这些减水剂的水泥浆体的水化热进行了测定,发现制备的PC均可以加速水泥的初期水化进程,但延缓后期的水化;侧链聚合度的增大,延缓了水泥的初始水化,但加速后期的水化;分子质量的增大,延缓了初期水化,而对后期水化则基本没有影响;随着MAA/MAA-MPEG摩尔比的增加,对初期水化先延缓而后加速,但延缓后期水化。

聚羧酸系减水剂组成与结构对水泥颗粒表面电性质的影响

以甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MAA-MPEG)和甲基丙烯酸(MAA)为主要原料,通过自由基共聚合反应制备了聚羧酸系减水剂,研究了减水剂的侧链聚合度、MAA/MAA-PEG比、分子量以及时间对水泥颗粒Zeta电位绝对值的影响。结果表明,随着侧链聚合度的增加,Zeta电位绝对值逐渐增大至趋向恒定;大分子量减水剂有利于增加水泥颗粒的Zeta电位绝对值;掺高分子量聚羧酸系减水剂试样的Zeta电位随时间的延长逐渐增加,而掺低分子量减水剂试样的则逐渐减小;增加减水剂分子中羧基单元的量可以增大水泥颗粒的初始Zeta电位绝对值,但随着时间的延长,Zeta电位绝对值逐渐下降。