【摘要】：聚羧酸系高性能減水劑(PCE)是配制高性能混凝土的重要材料和關(guān)鍵技術(shù)手段,其研究和應(yīng)用極大地推動(dòng)了混凝土技術(shù)的發(fā)展;工程實(shí)際中,對(duì)混凝土性能多樣化、高性能化的要求,以及混凝土原材料種類(lèi)復(fù)雜多變和品質(zhì)的良莠不齊的現(xiàn)實(shí),對(duì)功能型PCE的制備技術(shù)和復(fù)配技術(shù)提出了迫切需求。將不同功能的PCE進(jìn)行復(fù)配并添加功能性助劑的復(fù)配技術(shù)是目前解決上述問(wèn)題的有效方法,但復(fù)配技術(shù)對(duì)質(zhì)量控制水平要求較高,且功能性助劑與PCE之間存在著物理相溶性問(wèn)題,更受到場(chǎng)地、儲(chǔ)存、攪拌和計(jì)量等復(fù)配條件的限制。從混凝土用戶(hù)角度來(lái)說(shuō),添加一種合成減水劑產(chǎn)品即可同時(shí)解決多個(gè)問(wèn)題,意味著更加便利和高效。因此,采用化學(xué)合成的方法制備出集多種功能于一體的多功能型PCE是未來(lái)發(fā)展的方向,具有廣闊的應(yīng)用前景。本文圍繞集減水、保坍和早強(qiáng)多種功能于一體的多功能型PCE的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備與應(yīng)用開(kāi)展研究工作。首先研究了PCE的分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系規(guī)律。討論了2-甲基丙-2-烯基聚乙二醇醚大單體(HPEG)和丙烯酸(AA)基礎(chǔ)體系中側(cè)鏈接枝密度、主鏈聚合度和側(cè)鏈長(zhǎng)度對(duì)PCE分散及保持性能的影響規(guī)律,得出了具有理想分散及保持性能的PCE其分子量與分子結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系,并提出了PCE分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)于給定的大單體,通過(guò)已知側(cè)鏈聚合度即可計(jì)算出側(cè)鏈密度和主鏈聚合度的最佳值。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討了酯基和酰胺基官能團(tuán)對(duì)PCE性能的影響。研究結(jié)果表明,要達(dá)到理想的分散及保持性能,若側(cè)鏈越長(zhǎng),則對(duì)應(yīng)的側(cè)鏈接枝密度越小、主鏈聚合度越短;在理想分子結(jié)構(gòu)下,側(cè)鏈越長(zhǎng)的PCE其分散及保持性能越好、早期強(qiáng)度也越高。通過(guò)改變酯基密度,可制備出不同類(lèi)型的緩釋型PCE:要得到初始分散性小、后期釋放時(shí)間長(zhǎng)、釋放幅度大的緩釋型PCE,應(yīng)提高酯基密度;要得到初始分散性大,后期釋放時(shí)間短、釋放幅度小的緩釋型PCE,應(yīng)降低酯基密度。通過(guò)酰胺基團(tuán)的引入,可在不顯著降低PCE的分散及保持性能的前提下提高混凝土的早期強(qiáng)度,且酰胺基密度(摩爾比)宜不超過(guò)5.0%,否則既對(duì)混凝土早強(qiáng)強(qiáng)度的提高不明顯,還會(huì)顯著降低PCE的分散及保持性能。在此基礎(chǔ)上,研究確定了功能型PCE分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則,提出了功能型PCE分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。先將多種單體共聚的復(fù)雜體系,簡(jiǎn)化為僅有大單體和丙烯酸共聚的基礎(chǔ)體系,根據(jù)所選大單體的分子量,計(jì)算出最佳PCE的分子結(jié)構(gòu)參數(shù);再根據(jù)PCE的附加功能選擇功能性單體替代部分丙烯酸,確定功能性單體的比例,并微調(diào)側(cè)鏈接枝密度和主鏈聚合度,得到不同功能型PCE。根據(jù)提出的設(shè)計(jì)原則和方法,制備了分別側(cè)重于減水、緩釋和早強(qiáng)性能的功能型PCE,并進(jìn)行了混凝土性能評(píng)價(jià)和分子結(jié)構(gòu)表征,驗(yàn)證了該原則和方法的正確性。當(dāng)采用分子量為4000的HPEG制備減水型PCE時(shí),側(cè)鏈接枝密度為15.62%、主鏈聚合度為11.87,制得的樣品在0.20%折固質(zhì)量摻量下,減水率高于34.0%,減水率和增強(qiáng)效果均優(yōu)于國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品。當(dāng)采用分子量為4000的HPEG制備初始分散性較大且分散性釋放較快的緩釋型PCE時(shí),HA的酯基密度為30.00%、側(cè)鏈接枝密度為15.62%、主鏈聚合度為11.87;制備初始分散性較小且分散性釋放較慢的緩釋型PCE時(shí),HA的酯基密度為50.00%、側(cè)鏈接枝密度為15.62%、主鏈聚合度為11.87;制得的樣品與減水型PC-W相比,保坍性能明顯提高,且對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度無(wú)不利影響。當(dāng)采用分子量為4000的HPEG制備早強(qiáng)型PCE時(shí),側(cè)鏈接枝密度為15.62%、主鏈聚合度為11.87、酰胺基密度為5.00%;制得的樣品比基準(zhǔn)混凝土凝結(jié)時(shí)間提前20min左右,1d抗壓強(qiáng)度比可達(dá)240%以上。最后,對(duì)集減水、保坍和早強(qiáng)三種功能于一體的多功能型PCE進(jìn)行了分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備。確定了酯基密度為20.0%、酰胺基密度為5.00%,并將側(cè)鏈接枝密度調(diào)整為15.15%,各反應(yīng)物的摩爾配比為:HPEG:AA:HA:AM=1:4.95:1.23:0.33。制得多功能型PCE在0.20%摻量下的減水率為29.4%,在初始坍落度為(210±10)mm下,混凝土0.5h的坍落度損失約15mm、1h的坍落度損失約30mm�；诜肿咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所制備的多功能型PCE實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),并在橋梁和鐵路工程中應(yīng)用,滿(mǎn)足了混凝土多方面的性能要求,取得了預(yù)期效果。
【圖文】：

鈉等）和帶雙鍵的支鏈大單體（如：甲基聚乙二醇醚-甲基丙烯酸酯，乙二醇醚、2-甲基丙-2-烯基聚乙二醇醚等）通過(guò)自由基聚合反應(yīng)得到結(jié)構(gòu)通常是線(xiàn)型主鏈鏈接多個(gè)支鏈的梳型共聚物。疏水性分子的主鏈上基、磺酸基、胺基等親水性基團(tuán)，側(cè)鏈?zhǔn)怯刹煌酆隙鹊木垩跻蚁╂湺蔚幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示[47]：

能型 PCE 的制備基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)、制備集減水、保坍和早CE，研究其性能并表征分子結(jié)構(gòu)，探索其作用機(jī)理；對(duì)多模的中試試驗(yàn)，，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；將多功能型 PCE 在實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化。的技術(shù)路線(xiàn)如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TU528.042.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 李弘,王征,金雪冰,何炳林;開(kāi)環(huán)歧化聚合──高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裁制的一種極其有用的工具[J];離子交換與吸附;1997年02期

2 尹紅,陳志榮,呂德偉;環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷共聚中的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J];精細(xì)石油化工;2000年01期

3 孫洪日;三合一水溶性添加劑的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J];潤(rùn)滑與密封;1997年06期

4 張志龍;洗衣機(jī)內(nèi)桶用聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料開(kāi)發(fā)[J];石化技術(shù);1998年04期

5 ;[J];;年期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 李加;李健;李寧;王永生;徐征;盧啟鵬;;用于LB膜的長(zhǎng)鏈有機(jī)分子材料分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[A];第二屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1995年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 宋作寶;基于分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多功能型PCE的制備與應(yīng)用[D];中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院;2016年

本文編號(hào)：2652977