降低高强混凝土黏度的减水剂制备与机理研究

根据分子结构设计原理,以马来酸酐与异戊烯醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚大单体为主要反应原料,以甲基烯丙基磺酸钠为链转移剂,合成一款减水剂。采用凝胶渗透色谱、红外光谱、核磁氢谱等测试手段获得了合成产物的分子量及分子量分布等结构参数信息,同时比较了该减水剂与普通减水剂在表面张力、对水泥颗粒吸附行为、Zeta电位、水泥净浆流动性、水泥净浆流变性能及新拌混凝土应用性能方面的差异。性能评价结果表明,该减水剂具有良好的降黏效果,本工作还分析了其降黏作用机理。

柠檬酸改性低分子量减水剂的合成、性能及机理

以柠檬酸(CA)和聚乙二醇聚丙二醇单甲醚(MPEPPG)为主要反应原料,通过酯化反应合成一种柠檬酸改性低分子量减水剂(LMWS)。通过红外光谱、核磁氢谱和凝胶色谱测试获得合成减水剂的结构参数信息。同时通过动态光散射(DLS)、水泥净浆Zeta电位、减水剂对水泥的吸附性能、水泥净浆凝结时间、水泥水化热、水泥净浆塑性粘度、水泥净浆流动度及混凝土性能等研究对比了相同酸醚比(n(CA)∶n(MPEPPG)=1∶1)时不同分子量LMWS的综合性能。结果表明:相同掺量条件下,分子量适中的LMWS-3显著降低水泥净浆的塑性粘度并延缓水泥的水化进程,具有优异的初始分散和分散保持性能。

星型聚羧酸分散剂对纳米水化硅酸钙特性调控研究

采用自由基聚合方法合成了梳型和星型聚羧酸分散剂(PCE),将其作为沉淀底料合成纳米水化硅酸钙晶核(C-S-H/PCE),研究C-S-H/PCE晶核粒径分布和形貌、PCE在C-S-H/PCE晶核表面的吸附量、C-S-H/PCE晶核对硅酸盐水泥水化的影响规律。结果表明:星型PCE较梳型PCE在C-S-H晶核表面具有更大的吸附量,能更好地调控C-S-H/PCE晶核粒径的生长;C-S-H/PCE晶核粒径越小,对硅酸盐水泥水化进程促进越剧烈,更小粒径的C-S-H/PCE晶核使28d硬化水泥浆体具有更少的缺陷孔和更高的抗压强度。

连续RAFT光聚合法合成聚羧酸减水剂

以甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯和丙烯酸为主要原料,通过光调控水相可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合,在连续管式反应器中成功合成了聚羧酸减水剂,并采用核磁共振仪(NMR)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、凝胶渗透色谱仪(GPC)和动态光散射仪(DLS)等表征了减水剂的结构.结果表明:RAFT聚合聚羧酸减水剂的相对分子质量分布更集中,分散性和分散保持性更好;连续RAFT聚合工艺可以实现可控聚合物的连续化生产,连续管式反应器中有限的氧含量使得RAFT聚合可以在不预先除氧的情况下成功进行,为聚羧酸减水剂的可控合成提供了新的思路.

改性甘蔗渣缓凝剂的性能及机理分析

通过亚氯酸钠预处理和在磷钨酸催化下复合酸酸解的方法改性甘蔗渣,制备出改性甘蔗渣缓凝剂(MBR),采用FTIR对其进行结构表征,通过水化热、XRD和SEM分析其对水泥水化的影响。分别在20和50℃下,对比了其与葡萄糖酸钠(SG)的缓凝效果。结果表明,MBR中含有羟基、羧基和磷酸基,与水泥的适应性良好,缓凝性能优于SG且不影响混凝土后期抗压强度,能够延缓诱导期,降低加速期的水化速率。

聚膦酸减水剂的合成、表征及机理

以异丙烯膦酸(IPPA)和异戊烯醇聚氧乙烯-聚氧丙烯醚大单体(IPEPPG)为主要反应原料,在引发剂过硫酸铵(APS)和链转移剂次亚磷酸钠(SHP)作用下,进行自由基聚合反应,合成一种聚膦酸减水剂。对不同n(IPPA):n(IPEPPG)的摩尔比、APS用量、SHP用量和不同IPEPPG的质均分子量等进行正交优化,获得制备最佳性能的工艺条件和原材料配比。并对该减水剂进行凝胶色谱,红外光谱和核磁氢谱测试获得合成产物的分子量及分子量分布等结构参数信息,同时比较了该减水剂与普通减水剂在表面张力、流体力学半径、蒙脱土表面的吸附量、水泥水化放热速率、水泥净浆流变性能及新拌混凝土应用性能方面的差异。结果表明:该减水剂具有良好的降黏、抗泥和缓凝效果。

聚羧酸减水剂改性水化硅酸钙晶核对水泥水化进程的影响

为研究聚羧酸减水剂改性水化硅酸钙晶核(C-S-H/PCE)对水泥水化的促进过程,了解C-S-H/PCE对水泥水化的促进作用机理,采用丙烯酸类型的聚羧酸减水剂(PCE-1)和硅烷类型的聚羧酸减水剂(PCE-2)对水热合成的水化硅酸钙(C-S-H/Unmodified)晶核进行表面处理得到聚羧酸减水剂改性水化硅酸钙晶核C-S-H/PCE-1和C-S-H/PCE-2,随后将不同C-S-H晶核添加到水泥净浆中。对C-S-H晶核表面张力和水泥净浆抗压强度、物相组成、水化放热曲线进行了测试,结果表明:PCE-1和PCE-2表面改性导致C-S-H晶核表面接触角从36.9°增加到41.1°和42.9°,造成了沉积相(水化产物)在衬底材料(晶核)表面的晶格失配,抑制了水泥水化产物在C-S-H晶核表面外延生长,降低了C-S-H晶核对硅酸盐水泥水化进程的促进作用,且C-S-H/PCE-2晶核对硅酸盐水泥水化促进作用降低程度明显大于C-S-H/PCE-1晶核。对水泥净浆空隙溶液中PCE的吸附平衡过程测试表明,C-S-H/PCE晶核并非直接引入了新的结晶成核位点,而是通过表面PCE的解吸附暴露出新C-S-H表面,且PCE在C-S-H/PCE晶核表面解吸附过程决定了C-S-H/PCE晶核对水泥水化促进效果。

硅烷减水剂对水化硅酸钙晶核粒径调控

为了获得稳定分散的水化硅酸钙(C-S-H)晶核,提高其对水泥水化的晶核诱导效应,实现水泥熟料的高效利用,采用自由基聚合制备出了结构中含有不同比例丙烯酸(AA)和硅烷基团(KH570)的聚羧酸分散剂(PCE),通过溶液沉淀法合成了相应C-S-H/PCE晶核。分别测试了C-S-H/PCE晶核粒径分布、稳定性、晶核界面结合方式。结果表明,硅烷减水剂显著增加了C-S-H/PCE晶核的稳定性。在PCE分子结构中引入适当比例的KH570能有效调控C-S-H/PCE晶核粒径,随着KH570比例的增加,PCE在C-S-H表面的吸附方式由Ca^(2+)络合向更加稳定的Si—O—Si化学键合方式转变,C-S-H/PCE晶核粒径先减小后增大。当KH570:AA比例为1时,PCE在C-S-H表面的吸附层厚度最大(2.5 nm),制备的C-S-H/PCE晶核粒径最小(60 nm)和稳定性最佳,继续增加KH570比例,PCE在碱性条件下发生PCE分子内脱水缩合过程,形成网状的硅树脂结构,对C-S-H/PCE晶核粒径调控不利。