论文部分内容阅读
聚羧酸系减水剂(PCE,polycarboxylates)是现代混凝土应用最有效最广泛的超塑化剂,可以大幅降低水胶比,改善流动性。然而其与混凝土复杂原材料之间仍旧存在着一系列相容性问题,其原因则在于聚羧酸减水剂与混凝土原材料之间的吸附不匹配。针对该问题,已有学者通过吸附基团改性对聚羧酸减水剂的吸附过程进行调节,但其聚合物模型分子的结构差异较大,并未控制单一结构变量(如:分子量、侧链密度、吸附基团带电荷数),因此,研究结果未能全面揭示结构参数对聚合物分散性能及其作用机制。本文合成制备了一系列具有相同分子量、相同侧链长度的不同吸附基团(羧基、磺酸基、磷酸基)改性聚合物,以不同的吸附基团取代比例(1/3和2/3)及不同的吸附基团取代方式(等物质的量取代/等电荷量取代)对传统的聚羧酸减水剂进行改性,通过核磁共振和红外光谱对其进行了表征,考察了聚合物的溶液构象与吸附构象、水泥颗粒表面吸附量、分散行为及流变行为,系统地探究了不同吸附基团聚合物对水泥基材料流变行为的影响规律及其作用机制。主要结论如下:(1)不同吸附基团聚合物的溶液构象分别受到聚合物分子内阴离子吸附基团间的静电斥力作用,阴离子吸附基团与Ca2+的络合作用以及溶液离子的“屏蔽效应”影响而产生差异,不同吸附基团的络合能力符合:-OPO32>-COO->-SO3-。吸附于水泥颗粒表面的磺酸、磷酸基团改性聚合物主链长度较短,单分子占有面积较小,等电荷量取代的磷酸基团改性聚合物侧链密度较高,饱和吸附层厚度较大。在实验条件下,带有较多负电荷、具有较强Ca2+络合能力的等物质的量取代的磷酸基团改性聚合物,在1/3和2/3取代比例下的饱和吸附量分别高于传统羧基聚合物76.9%和82.7%,而磺酸基团则因Ca2+络合作用较弱较难吸附于水泥颗粒表面,饱和吸附量最低。(2)水泥浆体的流动性结果在较高聚合物掺量下与吸附量结果基本一致,且在实验条件下,1/3等物质的量取代的磷酸基团改性聚合物较羧基聚合物其分散性提高了27.5%;在较低聚合物掺量下,2/3取代比例的磷酸基团改性聚合物由于受到“桥接作用”影响,分散性有所下降,低于传统的羧基聚合物;磺酸基团改性聚合物因吸附能力较低分散性最差。(3)磷酸基团改性聚合物具有显著的抗硫酸盐性能,向聚羧酸减水剂中引入磷酸基团能够有效降低硫酸盐敏感度,在实验条件下,以1/3取代比例等物质的量取代的磷酸基团改性聚合物其硫酸盐敏感度较羧基聚合物降低了约65.4%。本文从微观到宏观系统探究了聚合物吸附基团对水泥基材料流变行为的影响规律及“吸附—分散”作用机制,并探究了磷酸基团改性聚合物对聚羧酸减水剂的硫酸盐相容性的改善效果,在一定程度上为新型高性能超塑化剂的合成制备提供了参考。