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低表面张力型聚羧酸减水剂的合成与性能研究
来源:曹莹莹 浏览 697 次 发布时间:2022-10-17
在现代混凝土中,化学外加剂是重要的组成成分。尤其减水剂的应用,使得混凝土的质量有了质的飞跃,极大地推动了现代建筑的发展。但是现代混凝土中普遍使用低水胶比,使得混凝土干燥收缩和自收缩问题日益严重,目前有使用各种措施来改善混凝土的早期收缩开裂问题,但是效果仍不尽如人意。聚羧酸减水剂问世以来,就成为备受瞩目的新一代高效减水剂,具有高减水率、绿色环保、功能可设计性等优点,已在各工程中得到广泛应用。
目前有很多学者利用聚羧酸减水剂的分子结构可设计性来合成各种功能型聚羧酸减水剂,实现高减水率的同时又能改善混凝土的其他性能。本文依据聚羧酸减水剂的分子可设计性,根据混凝土干燥收缩机理,合成了一种低表面张力型聚羧酸减水剂SRPCE。先通过酯化反应合成具有聚合活性的低表面张力单体MD,通过对酯化率的测定,确定了最佳酯化条件:酸醇比为3:1,反应温度为130℃,反应时间为4.5h,催化剂用量为4%。然后将MD与甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸等单体通过聚合反应合成低表面张力型聚羧酸减水剂。
聚合反应通过控制变量,进行单因素分析,确定了最佳聚合条件为反应温度为40℃,滴加时间3h,保温2h,反应物浓度为40%,APS用量为单体质量的3%,n(AA):n(TPEG):n(MD)=20:5:4。采用红外光谱仪(IR)、凝胶色谱仪(GPC)对低表面张力型聚羧酸减水剂进行了分子结构表征及分子量分析。结果表明,产物中有预期的官能团,表明低表面张力单体成功接枝在了聚羧酸减水剂上,GPC表明分子量在20000左右。对比了自制的低表面张力型聚羧酸减水剂(SRPCE)与减缩剂(SRA)、普通聚羧酸减水剂(PCE)的应用性能。SRPCE和PCE的净浆流动度相差无几,SRPCE的流动度损失更小。掺加SRPCE的胶砂28d减缩率为28.6%,具有良好的减缩效果。SRPCE与混凝土适应性良好,具有较好的工作性能,对胶砂、混凝土的强度均无不良影响。掺加SRPCE可以减少孔径为2.5~50nm的孔体积,减少了少害孔、有害孔的数量,优化了水泥的孔结构,对减小干缩起到了显著作用。从溶液的表面张力、Zeta电位、吸附量、蒸发速率和水泥水化方面对低表面张力型聚羧酸减水剂的作用机理进行了分析。
结果表明,接枝了MD单体的聚羧酸减水剂可显著降低溶液的表面张力,浓度为2.0%时,可将水的表面张力从72.1m N/m降至35.6m N/m,且表面张力稳定性保持良好;PCE、SRPCE均降低了Zeta电位,并且变化趋势与流动度变化趋势、吸附量一致;PCE、SRPCE的加入均降低了溶液的蒸发速率,减缓了水分的蒸发,一定程度上起到了减缩的效果;对水泥的水化产物及形貌没有特别的影响。