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聚羧酸高效减水剂(PCA)是当今最重要的混凝土外加剂,其改性研究工作也一直是业内研究热点。本论文通过分子结构设计,在二元聚羧酸减水剂合成的基础上,分别采用含氰基、含酯基共聚单体,进行PCA的改性合成,以提高PCA的减水性、保坍性,并探讨改性官能团对减水剂性能的影响,及其作用机理。本文选用氧化-还原体引发体系,丙烯酸(AA)和异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)为原料,通过单因素试验优化基本型聚羧酸减水剂(PCA1)制备条件,并在此条件下以丙烯腈(AN)部分替代AA的方法,制备氰基改性聚羧酸减水剂(PCA2),并测定了其结构与单体残留情况。PCA2最佳合成条件:反应温度45℃,n(AA+AN)∶n(TPEG)=4∶1,AN取代AA摩尔比为7%,n(氧化剂)∶n(还原剂)=4∶1,还原剂、巯基乙酸用量分别为单体总质量的0.2%、0.4%,丙烯酸的滴加时间为1h,还原剂与巯基乙酸混合液的滴加时间为1.5h,保温时间为2h。制得的PCA2:重均分子量Mw=4.46×104,分子量分布指数Mw/Mn=1.08,大单体残留<2%,无丙烯腈残留。在PCA1最佳合成条件下,分别采用丙烯酸羟乙酯(HA)、马来酸二甲酯(DMM)作为酯基改性单体,通过正交试验优化,制备了酯基改性减水剂PCA3、PCA4,并测定了其结构与单体残留情况。PCA3的最佳合成条件为:n(HA)∶n(TPEG)=1∶2,还原剂、巯基乙酸的用量分别为单体总质量的0.1%、0.4%;PCA4的最佳合成条件为:n(DMM)∶n(TPEG)=1∶1,还原剂、巯基乙酸的用量均为单体总质量的0.4%。PCA3和PCA4重均分子量分别为6.90×104、4.23×104,分子量分布集中,大单体残留<2%,无HA或DMM残留。按照国家标准和行业标准,对合成的四种减水剂进行了性能检测。水泥净浆试验结果表明:三种改性聚羧酸减水剂与不同水泥的适应性更好;与PCA1相比,PCA2有利于提高初始分散性,PCA3和PCA4有利于增强分散保持能力。混凝土试验结果显示:在减水剂掺量为0.2%时,PCA1、PCA2、PCA3、PCA4减水率分别为27.78%、32.39%、33.76%、34.80%,1h后坍落度损失分别为-25mm、-15mm、-5mm、+5mm,四种PCA的性能测试及分散机理初步研究表明:分散性越好的水泥浆体更接近牛顿流体;同掺量下,Zeta电位值绝对值PCA1>PCA2>PCA3、PCA4,表明静电斥力不是PCA的主要分散机理,氰基、酯基的水解对初始分散及分散保持能力影响显著。本文有关的氰基、酯基改性合成聚羧酸减水剂的系统研究工作,丰富了国内聚羧酸高效减水剂合成与改性技术。