天然高分子基混凝土減水劑合成與應(yīng)用.pdf

1、本文在材料過程工程學(xué)理論框架內(nèi)，從可再生資源利用、環(huán)境保護(hù)等角度出發(fā)，選擇可再生的天然高分子為主要原材料，通過化學(xué)合成制備新型混凝土減水劑/高效減水劑，系統(tǒng)的研究基于天然高分子的混凝土減水劑的合成條件與應(yīng)用性能。 根據(jù)分子設(shè)計理論，首先采用棉纖維素為原材料，制備水溶性丁基磺酸纖維素醚(SBC)，探討了反應(yīng)物配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等因素對產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)的影響。作為對比，探討了硫酸酯化羥乙基纖維素(SHEC)、微波輻射方法制備淀粉順

2、丁烯二酸半酯(sMHE)的合成條件及作為減水劑應(yīng)用的性能。采用傅立葉變換紅外光譜、核磁共振光譜、掃描電鏡、電感耦合等離子體發(fā)射光譜、凝膠滲透色譜等現(xiàn)代分析手段表征了分子結(jié)構(gòu)。為研究減水劑性能，測定了水泥顆粒吸附減水劑后(-電位，水泥顆粒對減水劑的吸附特性，減水劑在水泥顆粒表面的吸附層厚度，減水劑對水泥水化的影響以及產(chǎn)物對水泥水化物形貌的影響。 減水劑合成的研究結(jié)果表明：氫氧化鈉與脫水葡萄糖單元及醚化試劑(1，4-丁基磺酸內(nèi)酯)摩

3、爾比為NaOH：AGU：BS=2.5：1:1.7，最佳反應(yīng)溫度為75℃，醚化反應(yīng)時間為4.5h。得到的SBC特性粘度為35.3ml/g(粘均分子量約29，000g/mol)，丁基磺酸基團取代度達(dá)到0.38，1％摻量下水泥凈漿流動度可達(dá)182mm。分次加堿的方法可將產(chǎn)物的取代度從0.38提高到0.67，數(shù)均分子量為6177g/mol，1％摻量凈漿流動度270mm以上。在試驗范圍內(nèi)，SBC的取代度越高、分子量越低，越有利于減水分散作用的發(fā)揮

4、；取代度越小緩凝現(xiàn)象越嚴(yán)重，取代度適中的減水劑不會影響水泥/混凝土水化后期強度的發(fā)展，而且表現(xiàn)出良好的流動度保持性，水泥顆粒表面(-電位(絕對值)隨SBC摻量的提高而明顯提高，且在120min內(nèi)變化較小。因此，不同取代度的SBC可以用作緩凝減水劑、減水劑和高效減水劑。合成的SMHE取代度達(dá)0.49，數(shù)均分子量為7286g/molSHEC取代度達(dá)0.49，數(shù)均分子量為1978g/mol；二者均可提高水泥凈漿流動度，但摻量過高緩凝現(xiàn)象嚴(yán)重，

5、均可用作緩凝減水劑。水泥對SBC的吸附符合Langmuir型等溫吸附，其極限吸附量在4.66mg/g~5.49mg/g范圍；對SNF(商品萘系高效減水劑)和SMHE的吸附同樣符合Langmuir型等溫吸附，前者極限吸附量為11.23mg/g，后者的極限吸附量是9.73mg/g。SNF、SBC和SMHE的吸附層厚度分別是0.82mm、 3.72nm和6.82mm，SBC約是SNF的4倍，SMHE約是SNF的8.3倍。吸附減水劑后，Ca2p

6、結(jié)合能發(fā)生不同程度位移，表明SNF、SBC、SMHE等三種減水劑在水泥顆粒上均發(fā)生化學(xué)吸附。 為解釋SBC減水作用機理，采用經(jīng)驗公式計算水泥懸浮體系中水泥顆粒受力情況。計算結(jié)果表明，水泥顆粒表面吸附SBC形成3.72nm的吸附層后，消弱了水泥顆粒間的范德華引力，在水泥顆?？拷轿綄涌梢韵嗷嚎s時，產(chǎn)生的空間位阻作用力遠(yuǎn)大于靜電斥力和范德華引力，對水泥顆粒的分散起主導(dǎo)作用；而吸附層未相互壓縮時，水泥顆粒的分散主要依賴于靜電斥力

7、作用。因此，SBC減水分散作用是空間位阻作用和靜電斥力協(xié)同作用的結(jié)果。 水泥漿中高效減水劑摻量與水泥絮凝顆粒分形維數(shù)間有關(guān)，當(dāng)高效減水劑摻加到一定量時，水泥絮凝顆粒分形維數(shù)Df突變，該突變對應(yīng)的減水劑摻量與凈漿流動度法測定的高效減水劑飽和摻量吻合良好，因此將Df突變對應(yīng)的減水劑摻量視為飽和摻量，從而建立了以分形維數(shù)確定高效減水劑飽和摻量的新方法，該方法與Marsh筒及凈漿流動度法相比具有方便、快捷、節(jié)約試驗材料等優(yōu)點。

8、在水泥絮凝理論的基礎(chǔ)上，研究了摻加減水劑前后水泥凈漿絮凝體積的變化規(guī)律，提出減水因子概念，它涵蓋了減水劑、水泥和混凝土的特性。不同減水劑的減水因子在O～1范圍內(nèi)，且趨于某定值。研究結(jié)果表明，不論哪種減水劑，減水因子越大則減水劑的減水分散效果越明顯，減水因子與水泥水化以及減水劑與水泥的相容性有一定關(guān)系。在相同工作性條件下，混凝土用水量隨而減水因子的增大而減小，并且基于減水因子計算的用水量與實際試配用水量非常接近?？梢?，減水因子對混凝土配合