高分子水泥混凝土添加劑的合成、機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、在我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)迅速發(fā)展，大力開(kāi)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(huì)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(guò)程，大約有97％的能量消耗在無(wú)效的熱能中而白白浪費(fèi)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(guò)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(wèn)題，與混凝土材料的相容性問(wèn)題以及混凝土耐久性問(wèn)題沒(méi)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

2、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(lái)極大困難和安全隱患。一直以來(lái)，水泥助磨劑和混凝土減水劑被分開(kāi)獨(dú)立研究，造成的弊端被逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。因此，開(kāi)發(fā)一種高分子水泥混凝土添加劑(PCCA)，使其同時(shí)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(wèn)題。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容:
　　本文以丙烯酰胺、馬來(lái)酸酐、乙烯基聚醚（分子量:380，6

3、00，1200，2400）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(shí)間、單體配比及引發(fā)劑用量對(duì)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(shí)間為3.5h，引發(fā)劑用量為20％，馬來(lái)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(duì)性能的影響，通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合成出不同基團(tuán)構(gòu)成和相對(duì)分子量大小的PCCA(PGA-1～PGA-7)，并

4、提出PCCA的自由基聚合機(jī)理。
　　本文選擇粉磨水泥的比表面積，粒度分布和流動(dòng)性作為PCCA水泥助磨效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)。研究了PCCA分子結(jié)構(gòu)，摻量，粉磨時(shí)間對(duì)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(tuán)聚現(xiàn)象消失，流動(dòng)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(tuán)和非離子基團(tuán)摩爾比存在最佳點(diǎn)，非離子的支鏈長(zhǎng)度越短，相對(duì)分子質(zhì)量越小，PCCA的助磨效果越好。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推理出P

5、CCA的水泥助磨機(jī)理為化學(xué)吸附，加速開(kāi)裂，電荷消除和表面潤(rùn)滑共同作用的結(jié)果。
　　本文通過(guò)測(cè)試水泥凝結(jié)時(shí)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(qiáng)度，研究PCCA對(duì)水泥水化的影響。結(jié)果表明:PCCA延長(zhǎng)了水泥的初凝和終凝時(shí)間。XRD、SEM和MIP測(cè)試表明:PCCA促進(jìn)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(tuán)比例的增加，水泥凈漿流動(dòng)度先增加后減小，水泥膠砂

6、強(qiáng)度逐漸增大。在混凝土減水率測(cè)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(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):PCCA對(duì)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(duì)粘土的“屏蔽”效果最佳

7、。在集料中加入6％的粘土和石粉的混凝土實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與單獨(dú)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(kuò)展度增大，特別是1h混凝土流動(dòng)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(shí)研究發(fā)現(xiàn)PCCA的加入方式對(duì)其抗泥效果影響較大，PCCA與聚羧酸減水劑同時(shí)摻入時(shí)，混凝土的初始流動(dòng)性最好，后于聚羧酸減水劑摻入時(shí)，混凝土的流動(dòng)性保持性能最好。
　　從混凝土

8、抗凍融、抗硫酸鹽侵蝕和抗氯離子滲透三個(gè)方面研究了PCCA對(duì)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(dòng)彈性模量逐漸增大。采用電通量法測(cè)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(shí)間、凈漿流動(dòng)度、混凝土初始和經(jīng)時(shí)流動(dòng)性、混凝土強(qiáng)

9、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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在與各混凝土外加劑復(fù)摻使用時(shí)，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(zhǎng)了水泥凝結(jié)時(shí)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?jiǎng)?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(kāi)發(fā)出一種集水泥助磨劑和混

10、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(shí)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(shí)現(xiàn)依據(jù)產(chǎn)品性能要求進(jìn)行PCCA的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并揭示出自由基聚合機(jī)理;明確了高分子聚合物中分子量、功能基團(tuán)和支鏈長(zhǎng)度與水泥助磨效果的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出PCCA的水泥助磨機(jī)理為化學(xué)吸附，加速開(kāi)裂，電荷消除和表面潤(rùn)滑共同作用的結(jié)果;通過(guò)研究PCCA分子結(jié)構(gòu)對(duì)高含泥量/含石粉量混凝土性能的影響，提出PCCA的