本文關(guān)鍵詞：高分子水泥混凝土添加劑的合成、機理及應(yīng)用研究　出處：《東南大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 高分子助磨劑 混凝土減水劑 自由基聚合 相容性 耐久性

【摘要】：在我國基礎(chǔ)建設(shè)迅速發(fā)展,大力開展節(jié)能減排,建設(shè)綠色資源節(jié)約型,環(huán)境友好型社會的條件下,水泥助磨劑和混凝土減水劑技術(shù)迅速發(fā)展。在水泥工業(yè)生產(chǎn)中,水泥粉磨是能耗最高的過程,大約有97%的能量消耗在無效的熱能中而白白浪費掉,而水泥助磨劑在節(jié)能降耗方面效果顯著。但是在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn):傳統(tǒng)水泥助磨劑的產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定問題,與混凝土材料的相容性問題以及混凝土耐久性問題沒有得到很好的解決,也缺乏充分的研究。此外,由于地區(qū)差異和天然材料的不斷匱乏,混凝土集料砂石中的高含泥量和高石粉含量嚴(yán)重限制聚羧酸減水劑的性能發(fā)揮,給混凝土施工帶來極大困難和安全隱患。一直以來,水泥助磨劑和混凝土減水劑被分開獨立研究,造成的弊端被逐漸顯現(xiàn)出來。因此,開發(fā)一種高分子水泥混凝土添加劑(PCCA),使其同時具備良好的水泥助磨性能與優(yōu)異的"抗泥"效果,有助于從根本上解決傳統(tǒng)水泥助磨劑和聚羧酸減水劑存在的問題。本論文的主要研究內(nèi)容:本文以丙烯酰胺、馬來酸酐、乙烯基聚醚(分子量:380,600,1200,2400)為聚合單體,巰基乙酸為鏈轉(zhuǎn)移劑,雙氧水和維生素C為引發(fā)劑(摩爾比為4.5:1),研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、單體配比及引發(fā)劑用量對PCCA助磨效果的影響。PCCA的最佳合成工藝條件為:反應(yīng)溫度為30～35℃,反應(yīng)時間為3.5h,引發(fā)劑用量為20%,馬來酸酐用量為20%,丙烯酰胺的用量為9%。為研究分子結(jié)構(gòu)變化對性能的影響,通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計,合成出不同基團構(gòu)成和相對分子量大小的PCCA(PGA-1～PGA-7),并提出PCCA的自由基聚合機理。本文選擇粉磨水泥的比表面積,粒度分布和流動性作為PCCA水泥助磨效果的評價指標(biāo)。研究了 PCCA分子結(jié)構(gòu),摻量,粉磨時間對水泥助磨效果的影響。PCCA表現(xiàn)出優(yōu)異的助磨效果,粉磨水泥的團聚現(xiàn)象消失,流動性增加,顆粒粒度分布變窄以及水泥比表面積明顯增大。研究發(fā)現(xiàn):PCCA分子結(jié)構(gòu)中陰離子基團和非離子基團摩爾比存在最佳點,非離子的支鏈長度越短,相對分子質(zhì)量越小,PCCA的助磨效果越好。從實驗結(jié)果推理出PCCA的水泥助磨機理為化學(xué)吸附,加速開裂,電荷消除和表面潤滑共同作用的結(jié)果。本文通過測試水泥凝結(jié)時間、水化放熱速率、水化初期電導(dǎo)率、水化產(chǎn)物變化及水泥膠砂強度,研究PCCA對水泥水化的影響。結(jié)果表明:PCCA延長了水泥的初凝和終凝時間。XRD、SEM和MIP測試表明:PCCA促進水泥后期水化產(chǎn)物的生成,明顯降低水泥石微觀孔隙中有害孔和少害孔比例。隨著PCCA分子結(jié)構(gòu)中陰離子基團比例的增加,水泥凈漿流動度先增加后減小,水泥膠砂強度逐漸增大。在混凝土減水率測試中,脂肪族減水劑和萘系減水劑在1.4%摻量下,減水率同為16%;聚羧酸減水劑和PCCA在0.5%摻量下減水率分別為31.5%和16.5%。在PCCA的抗泥性混凝土實驗中發(fā)現(xiàn):PCCA對高嶺土和粘土有很好的"屏蔽"作用。PCCA以吸附-插入-分散-包裹等不同方式改善了混凝土的活易性和保塌性。在粘土含量為6%的河沙中摻入不同分子量大小的PCCA,研究發(fā)現(xiàn)分子量最小的PCCA對粘土的"屏蔽"效果最佳。在集料中加入6%的粘土和石粉的混凝土實驗中發(fā)現(xiàn),與單獨摻入聚羧酸減水劑的空白樣相比,摻入PCCA后,混凝土的初始坍落度和擴展度增大,特別是1h混凝土流動性損失很小,PCCA表現(xiàn)出非常優(yōu)異的保坍性能,明顯優(yōu)于相同條件下市售的抗泥劑丙三醇和聚乙二醇(300)。同時研究發(fā)現(xiàn)PCCA的加入方式對其抗泥效果影響較大,PCCA與聚羧酸減水劑同時摻入時,混凝土的初始流動性最好,后于聚羧酸減水劑摻入時,混凝土的流動性保持性能最好。從混凝土抗凍融、抗硫酸鹽侵蝕和抗氯離子滲透三個方面研究了 PCCA對混凝土耐久性的影響�？箖鋈诮Y(jié)果表明,由于PCCA的引氣作用,摻PCCA混凝土試件表現(xiàn)出更好的抗凍融破壞能力。抗硫酸鹽侵蝕研究表明,隨著PCCA摻量的增加,混凝土試件的質(zhì)量損失逐漸降低,動彈性模量逐漸增大。采用電通量法測試混凝土試件的電通量表明PGA-1能提高混凝土的抗氯離子滲透能力。此外,從水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、水泥凝結(jié)時間、凈漿流動度、混凝土初始和經(jīng)時流動性、混凝土強度和混凝土微觀結(jié)構(gòu)分析等角度系統(tǒng)研究了 PCCA與木聚脂肪族減水劑(由紙漿黑液與脂肪族減水劑接枝共聚制備)、脂肪族減水劑、萘系減水劑和聚羧酸減水劑的相容性。實驗結(jié)果表明,在與各混凝土外加劑復(fù)摻使用時,PCCA能夠優(yōu)先吸附在水泥膠體表面,降低了水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量,延長了水泥凝結(jié)時間,改善了各減水劑的應(yīng)用效果,表現(xiàn)出良好的相容性。本論文的主要創(chuàng)新成果:本文選擇高分子水泥混凝土添加劑為研究課題,開發(fā)出一種集水泥助磨劑和混凝土減水劑功能為一體的高分子水泥混凝土添加劑,確定了 PCCA的合成工藝,在性能上實現(xiàn)優(yōu)異的水泥助磨效果和在高含泥量混凝土中的良好的抗泥效果;實現(xiàn)依據(jù)產(chǎn)品性能要求進行PCCA的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計并揭示出自由基聚合機理;明確了高分子聚合物中分子量、功能基團和支鏈長度與水泥助磨效果的對應(yīng)關(guān)系,提出PCCA的水泥助磨機理為化學(xué)吸附,加速開裂,電荷消除和表面潤滑共同作用的結(jié)果;通過研究PCCA分子結(jié)構(gòu)對高含泥量/含石粉量混凝土性能的影響,提出PCCA的"抗泥"原理。
[Abstract]:In the rapid development of China's infrastructure construction, vigorously carry out energy-saving emission reduction, green building a resource-saving, environment-friendly society under the condition of cement grinding agent and concrete reducing agent technology. The rapid development in the cement industry, cement grinding process is the highest energy consumption, there are about 97% of the energy consumed in invalid heat and waste, and cement grinding aids in the energy saving effect is remarkable. But in the application process: the traditional cement grinding agent product quality is not stable, and solve the problem of compatibility of concrete and concrete durability problems have not been very good, but also the lack of adequate research. In addition, due to the regional differences and the increasing scarcity of natural materials, concrete aggregate sand in high mud content and high stone powder content seriously limits the performance of polycarboxylate superplasticizer play, bring convenience to the concrete construction Great difficulty and safety hazard. Since the cement grinding agent and concrete superplasticizer were researched independently, the abuse was gradually revealed. Therefore, the development of a polymer cement concrete additive (PCCA), which has good grinding performance and cement and excellent anti mud effect, have to fundamentally solve the traditional cement grinding agent and water reducing agent problems exist. The main contents of this paper: in this paper, acrylamide, maleic anhydride, vinyl ether (molecular weight: 38060012002400) as the monomer, thioglycolic acid as chain transfer agent, hydrogen peroxide and vitamin C as initiator (molar ratio 4.5:1), reaction temperature, reaction time research, ratio of monomer and initiator on PCCA grinding effect.PCCA the best synthesis conditions are: reaction temperature is 30 to 35 DEG C, the reaction time is 3.5H, the dosage of initiator 20%, dosage of maleic anhydride acrylamide was 20%, dosage of 9%. in order to study the effect of molecular structure on the properties of change, through molecular structure design, synthesis of different groups and PCCA molecular weight (PGA-1 ~ PGA-7), and put forward the PCCA free radical polymerization mechanism. The grinding of cement specific surface area the particle size distribution, and liquidity as the evaluation index to help PCCA cement grinding effect. To study the molecular structure of PCCA, dosage, grinding time of cement grinding effect.PCCA showed excellent grinding effect, disappear agglomeration of cement grinding, increased mobility, narrow particle size distribution and specific surface area of cement obviously increases. It is found that the PCCA in the molecular structure of anionic groups and non ionic groups of molar optimum point, nonionic branched chain length and the molecular weight is small, PCCA from grinding effect better. The experimental results infer PCCA cement grinding mechanism is chemical adsorption, accelerated cracking, interaction charge elimination and surface lubrication results. Through testing the setting time, hydration rate, hydration initial conductivity, hydration products change and strength of cement mortar, the effects of PCCA on cement hydration. Show that PCCA extended the cement initial setting and final setting time of.XRD, SEM and MIP test showed that PCCA promote the formation of the late cement hydration products, reduce cement stone pore harmful hole and less harm. With the increase of hole ratio of PCCA molecular structure in the anionic group ratio, cement paste fluidity first increased and then decreased, the strength of cement mortar increased gradually. In the water reducing rate of concrete test, aliphatic superplasticizer and naphthalene superplasticizer at the dosage of 1.4%, the water reducing rate is 16%; polycarboxylate superplasticizer and PCCA water reducing rate at the dosage of 0.5% 31.5% and 16.5%. respectively in PCCA anti mud concrete experiment: PCCA of kaolin and clay are the "shielding" effect to.PCCA adsorption - Insert - dispersion - wrapped in different ways to improve the concrete workability and live security collapse. In the different molecular weight of PCCA was 6% of the river the sand mixed with clay content, the study found that the molecular weight of the smallest PCCA of clay "shielding" effect is the best. The 6% clay concrete and stone powder in the aggregate in compared with the incorporation of polycarboxylate superplasticizer blank sample, the incorporation of PCCA after the initial concrete slump and expansion the degree of increase, especially the loss of fluidity of 1H concrete is very small, PCCA showed a slump with very excellent performance, superior anti sediment agent glycerol and polyethylene glycol under the same conditions of commercially available (300). At the same time, it is found that the effect of PCCA on the way to join the anti sediment effect greatly, PCCA polycarboxylate superplasticizer and at the same time mixing, the initial fluidity of concrete, after polycarboxylate superplasticizer incorporation, the fluidity of concrete to maintain the best performance. The concrete freeze-thaw resistance, sulfate resistance and resistance to chloride ion penetration of the three aspects of the effects of PCCA on the durability of concrete frost resistance. The results show that the air entraining effect of PCCA, PCCA concrete specimens showed better resistance to freeze-thaw damage. Anti sulfate corrosion research shows that with the increase of PCCA content, the mass loss decreased concrete dynamic elastic modulus increases gradually. The electric flux test of concrete electric flux parts show PGA-1 can improve the resistance of concrete to chloride ion penetration. In addition, water from the cement standard consistency, setting time, fluidity, fluidity and the initial concrete, concrete strength and concrete The microstructure analysis has investigated the PCCA and wood poly (aliphatic superplasticizer agent prepared by graft copolymerization by reducing pulp black liquor and aliphatic), aliphatic superplasticizer, compatibility of naphthalene superplasticizer and polycarboxylate superplasticizer. The experimental results show that with the concrete admixture composition is used, PCCA can be preferentially adsorbed in the cement colloid surface, reducing the cement standard consistency water, prolong the setting time of cement, improve the application effect of the superplasticizer, showed good compatibility. The main innovation points of this paper: This paper choose polymer cement concrete additive for research, developed a set of concrete and cement grinding agent water reducing functions of the polymer cement concrete additive, the synthesis process of PCCA, achieve excellent effect in cement grinding and high mud content in concrete is good in performance. The anti sediment effect; molecular structure design of PCCA based on product performance requirements and reveals the free radical polymerization mechanism; clear molecular polymer content in the corresponding relationship between functional groups and the length of the branched chain and cement grinding effect, proposed PCCA cement grinding mechanism is chemical adsorption, accelerated crack interaction, charge elimination and the surface lubrication results; by studying the effects of molecular structure on PCCA with high content of clay / powder containing properties of concrete, puts forward PCCA "anti mud" principle.

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ172.463;TU528.042

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本文編號：1377622