抗泥型聚羧酸鹽減水劑的制備及性能研究.pdf

1、聚羧酸鹽減水劑因具備低摻量、高減水率、可控的分子結(jié)構(gòu)、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，成為混凝土領(lǐng)域使用寬泛的新一代減水劑。但隨著混凝土產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，聚羧酸鹽減水劑在應(yīng)用方面存在的問題也逐漸突出，其中砂石中粘土的存在制約著聚羧酸鹽減水劑的大規(guī)模使用。
　　本文從聚羧酸鹽減水劑分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，首先以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯為主原料，分別與氯化芐、正溴丁烷、1,3-丙基磺內(nèi)酯通過季銨化反應(yīng)，合成DM-BC、DM-BB、DMAPS三種功能單體。再將三者分

2、別與甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸共同為單體，巰基乙酸為鏈轉(zhuǎn)移劑，抗壞血酸/過氧化氫為引發(fā)劑制備三種對(duì)蒙脫土敏感性較低的聚羧酸鹽減水劑—DM-BC減水劑、DM-BB減水劑、DMAPS減水劑。利用紅外光譜、核磁共振氫譜表征功能單體及聚合物分子結(jié)構(gòu)，均表明是目標(biāo)產(chǎn)物。通過平均分子質(zhì)量分布、熱學(xué)性能、凈漿流動(dòng)度等檢測(cè)手段分析，聚合物的平均分子質(zhì)量分布在3~4萬，熱分解溫度高，耐熱性良好，具有一定的表面活性。當(dāng)抗泥型減水劑與普通聚羧酸鹽減水劑（P

3、CE）對(duì)水泥漿料的分散性能相當(dāng)時(shí)，抗泥型減水劑在蒙脫土含量為1％及1.5%時(shí)對(duì)其抵抗效果較佳，而當(dāng)蒙脫土摻量為2%時(shí)，抵抗作用不明顯，并且引入陽離子功能單體（DM-BC、DM-BB）的效果比引入兩性功能單體（DMAPS）的效果更好。
　　采用X射線衍射、紅外光譜、熱重等探究了三種減水劑與蒙脫土的作用機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)多次沖洗吸附聚羧酸鹽減水劑的蒙脫土后仍然可以觀察到減水劑特征官能團(tuán)，并且其熱重?fù)p失率比未吸附減水劑的蒙脫土多8%左右，

4、這表明減水劑的確插入蒙脫土層間；此外，四種聚羧酸鹽減水劑和蒙脫土作用之后均存在插層吸附，但是對(duì)比普通聚羧酸鹽減水劑，吸附抗泥型減水劑的蒙脫土面衍射峰均向高角度方向移動(dòng)，層間距均減少0.06 nm左右。采用總有機(jī)碳分析減水劑在水泥及蒙脫土表面的吸附量。等溫吸附實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，普通減水劑在蒙脫土上的飽和吸附量為58.843 mg/g，是在水泥表面的飽和吸附量23.919 mg/g的2.5倍左右，并且三種抗泥型減水劑在蒙脫土表面的吸附量分別為36.

5、651 mg/g、45.794 mg/g及55.183 mg/g，均小于普通減水劑在蒙脫土表面的吸附量58.843 mg/g。動(dòng)力學(xué)吸附實(shí)驗(yàn)表明，不同減水劑在水泥和蒙脫土表面的吸附速率曲線可以用準(zhǔn)一級(jí)吸附速率方程來描述，普通減水劑在蒙脫土上的飽和吸附量32.469 mg/g是在水泥表面的飽和吸附量14.946 mg/g的2.3倍左右。通過吸附膜厚度測(cè)試發(fā)現(xiàn)，合成的四種長側(cè)鏈減水劑在水泥上的吸附膜厚度基本維持在2 nm左右，對(duì)比短側(cè)鏈萘系

6、減水劑可推測(cè)長側(cè)鏈聚羧酸鹽減水劑可能以“平躺”的方式吸附在水泥表面；而合成的抗泥型聚羧酸鹽減水劑在蒙脫土上的吸附膜厚度大于普通聚羧酸鹽減水劑，從側(cè)面說明抗泥型聚羧酸鹽減水劑不易插入蒙脫土層間。通過流變測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加蒙脫土之后，水泥漿料體系粘度增大，而抗泥型減水劑的加入可以減弱蒙脫土對(duì)水泥漿體的負(fù)效應(yīng)，降低含蒙脫土水泥漿料的粘度。
　　從復(fù)配犧牲劑的角度出發(fā)，以聚乙二醇（PEG）作為泥土吸附劑，研究其與聚羧酸鹽減水劑（PCE）

7、復(fù)配后對(duì)蒙脫土的抵抗作用，并確定最佳摻量和分子量；通過紅外光譜、X射線衍射、總有機(jī)碳等測(cè)試，研究了PEG抑制蒙脫土對(duì)PCE影響的作用機(jī)理。結(jié)果表明：當(dāng)在體系中加入PEG后，水泥凈漿流動(dòng)度有大幅度提高，當(dāng)PEG分子量為1000、摻量為水泥質(zhì)量的0.1%，以先于PCE的方式摻入時(shí)，抑制蒙脫土對(duì)PCE影響的效果最佳，水泥凈漿流動(dòng)度初始可提高40 mm，1 h后可提高140 mm。PEG抑制蒙脫土對(duì)PCE的負(fù)效應(yīng)的原因分別是：PEG可優(yōu)先進(jìn)入蒙