減水劑是混凝土不可或缺的組分之一,而聚羧酸系高效減水劑(PCEs)作為新一代減水劑,因其減水率高、摻量低、分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強(qiáng)等特點,目前已成為國內(nèi)外混凝土外加劑行業(yè)研究的熱點。PCEs對水泥起分散作用主要是通過減水劑的主鏈上羧酸基團(tuán)和水泥中的Ca2+發(fā)生螯合作用吸附在水泥顆粒表面,聚乙二醇側(cè)鏈能夠提供較大的空間位阻來分散水泥顆粒。因PCEs對骨料中的粘土有很強(qiáng)的敏感性,其減水性能與蒙脫土投加量之間的科學(xué)關(guān)系需要探明。隨著科技的進(jìn)步和快速施工的需求,混凝土的澆筑方式由傳統(tǒng)的吊筑施工轉(zhuǎn)變?yōu)楣艿垒斔?如何獲取管道輸送過程中的實時信息也是一個亟需解決的問題。本論文通過合成不同側(cè)鏈長度和不同羧酸密度的系列PCEs,研究其側(cè)鏈長度對其分散性能、分散保持性能和對粘土敏感性的影響,將篩選出來較優(yōu)性能的減水劑進(jìn)一步改性;并用Zeta電位、總有機(jī)碳(TOC)、X射線光電子能譜(XPS)、X射線衍射(XRD)等表征方式研究了 PCEs的分散性能及減水機(jī)理。主要內(nèi)容如下:(1)將不同分子量的烯丙氧基聚乙烯氧基單醚(APEG)和丙烯酸(AA)在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行自由基聚合,合成了側(cè)鏈長度和羧酸密度有差異的系列PCEs。通過對同一側(cè)鏈長度、不同的羧酸密度結(jié)構(gòu)的PCEs進(jìn)行凈漿流動度測試,篩選出一種有較優(yōu)分散性能的PCEs。再將每個側(cè)鏈長度有較優(yōu)性能的減水劑進(jìn)行比較,考察了不同側(cè)鏈長度對減水劑的分散性能、分散保持性能和對粘土的敏感性的影響。通過TOC、Zeta電位和XPS分別測量減水劑和水泥的吸附量、電位變化和吸附層厚度,考察了減水劑在水泥顆粒上的吸附行為,用XRD和TOC分別考察了減水劑和蒙脫土的層間距和吸附量來探索其對粘土的耐受性。研究表明:較長側(cè)鏈的PCEs有較優(yōu)的分散性能,但其分散保持性能和對粘土的耐受性比較短側(cè)鏈的PCEs要差。因此我們將篩選出綜合性能較好有適度長度側(cè)鏈的PCEs進(jìn)一步改性,以期進(jìn)一步提高其對水泥顆粒的分散能力。(2)磺酸基團(tuán)和羧酸基團(tuán)作用相似,都是通過和Ca2+發(fā)生作用進(jìn)而錨固在水泥顆粒表面,較多的功能基團(tuán)能增加水泥之間的吸附作用,進(jìn)而改善其分散性能。將聚合度為10的APEG以尿素為催化劑和氨基磺酸進(jìn)行反應(yīng),得到磺酸修飾的烯丙氧基聚乙烯氧基磺酸銨(APES)。將APES和丙烯酸進(jìn)行自由基聚合得到APES10-3。分別測試其分散性,分散保持性和對粘土的敏感性,通過TOC、Zeta電位、XPS和XRD分析表征方法考察了 APES10-3與水泥以及蒙脫土之間的吸附行為以及APES10-3與蒙脫土之間的插層反應(yīng)。結(jié)果表明:磺酸基團(tuán)改性的APES10-3有效增加了其與水泥之間的吸附作用,具體體現(xiàn)在增大了兩者的吸附量和吸附層厚度,因此改善了減水劑分散性能,但其分散保持性能和對粘土的敏感性較差。(3)為了將有較優(yōu)綜合性能的減水劑進(jìn)一步的改性,合成了含有萘環(huán)且有熒光性的單體4-(N'-甲基-1-哌嗪基)-N-羥乙基-1,8-萘二甲酰烯丙基氯化銨,后面簡稱為單體N。將單體N、AA和APEG通過自由基聚合合成改性PCEsAPEG10-3-N,分別測試其分散性能、分散保持性能和對粘土的耐受性,通過TOC、Zeta電位、XPS和XRD分析表征方法考察了 APEG10-3-N與水泥以及蒙脫土之間的吸附行為以及APEG10-3-N與蒙脫土之間的插層反應(yīng)。結(jié)果表明:APEG10-3-N有較好的保坍性,對粘土的耐受性也有所加強(qiáng)。同時,APEG10-3-N在較低濃度就有較好的熒光強(qiáng)度,可用于混凝土輸送過程中的在線監(jiān)測。
【學(xué)位單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU528.042.2;TQ317
【部分圖文】：

ｓ??的側(cè)鏈長度對粘土耐受性的影響。??（２）合成較大基團(tuán)且有熒光性的單體４－?（Ｎ＇－甲基－１－哌嗪基）－Ｎ－輕乙基－１，??８－萘二甲酰烯丙基氯化銨，并通過ＦＴＩＲ和１Ｈ?ＮＭＲ等儀器表征其單體合成成功，??將上述單體Ｎ通過自由基聚合改性減水劑ＡＰＥＧ１０－３－Ｎ，表征合成成功后，測試??其性能，發(fā)現(xiàn)其有較好的保坍性，提高了對粘土的耐受性，測減水劑和水泥以及??粘土的吸附行為來表征其機(jī)理。很多領(lǐng)域經(jīng)常用熒光性物質(zhì)來實現(xiàn)在線監(jiān)測，最??后用三維熒光來測試ＡＰＥＧ１０－３－Ｎ在不同濃度時的熒光強(qiáng)度。??（３）?ＰＣＥｓ的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)對其分散性能起著決定性的作用，我們通過用氨基磺??酸和尿素對ＰＣＥｓ的側(cè)鏈進(jìn)行改性，對尾端接枝了磺酸基團(tuán)的大分子單體和丙烯??酸通過自由基聚合合成新型減水劑ＡＰＥＳ１０－３，通過用磺酸基團(tuán)代替羥基，促進(jìn)??ＰＣＥｓ的多層吸附，增強(qiáng)其吸附作用�？疾炱浠A(chǔ)性能，并用ＴＯＣ和ＸＰＳ測定??水泥和減水劑混合后的吸附量和吸附層厚度。最后考察了?ＡＰＥＳ１０－３對蒙脫土的??耐受性，并測定其和蒙脫土的吸附量以及蒙脫土的層間距變化來探索其機(jī)理。??本文的研究思路和路線如圖１．７和１．８所示。??

圖１．８本文的研究路線??Ｆｉｇ．?１．８?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｒｏｕｔｅｓ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｐａｐｅｒ??

本文系統(tǒng)考察不同側(cè)鏈長度和不同接枝密度的減水劑對水泥凈漿流動度的影響，??水灰比為０．２９，?ａ－ｄ圖分別對應(yīng)側(cè)鏈ＰＥＯ聚合度分別為１０、２３、３５和５２的減水??劑。結(jié)果如圖２．２所示。??ｊ?－？－ＡＰＥ〇Ｔ５３?Ｉ?＋ＡＰＥ０２＞３??，?＋ＡＰＥＧ■丨?０＞５?＾＋ＡＰＥＧ￣２＞５??－ｉ－ＡＰＥＧ－ｌ（ＭＯ?＾ｊ?１?．＞ＵＵ－?＿＾ＡＰｅｇ－２３－１０?ｚ??—｜??０．０?０．１?０２?０．３?０．４?０．５?０．０?０．１?０２?０．３?０．４?０．５??Ｄｏｓａｇｅ?（％?ｂ＞ｖｏｃ）?Ｄｏｓａｇｅ?（％?ｂｗｏｃ）??（ａ）?（ｂ）??３５〇ｔ??３５０－，???－？－ＡＰＥＧ－３５－３?．?－？－ＡＰＥＧ－５２－３??？ｙｙ）?■?ＡＰＥＧ－３５－５?？?Ｗｊ?？?ＡＰＥＧ－５２－５?＊—?Ｊｋ?＜?＾??一ＡＰＥＧ＾ＩＯ?？——＇?－＾－ＡＰＥＧ－５２－１０??ｔ?２５０－?—＾＾．５?百現(xiàn)：十?ＡＰＥＯＳ２？丨Ｓ??０．０?０．１?０２?０３?０．４?０５?０．０?０．１?０．２?０３?０．４?（Ｘ５??Ｄｏｓａｇｅ?（％?ｂｗｏｃ）?Ｄｏｓａｇｅ?（％?ｂｗｏｃ）??（ｃ＞?（ｄ）??圖２．２水灰比為０．２９時，減水劑的凈漿流動度測試：ａ：ＡＰＥＧ１０系列減水劑；ｂ：ＡＰＥＧ２３??系列減水劑；ｃ：ＡＰＥＧ３５系列減水劑；ｄ：ＡＰＥＧ３５系列減水劑。??Ｆｉｇ．２．２?Ｓｐｒｅａｄ?ｆｌｏｗ?ｏｆ?ｃｅｍｅｎｔ?ｐａｓｔｅｓ?ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｏｓａｇｅｓ?ｏｆ?ＳＰｓ?ａｓ?ｐｒｅｐａｒｅｄ
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2863398