砂石含泥量对聚羧酸系减水剂性能的影响及抗泥剂的合成研究

摘要

目前在混凝土的制备过程中所用砂石的质量在逐年下降，其标志是砂石的含泥量逐年增加，对混凝土的主要影响是流动性降低，导致聚羧酸系减水剂的作用效果降低。为了探索砂石含泥量对水泥的流动性及聚羧酸系减水剂性能的影响，本课题研究了3种常见的粘土——蒙脱土、高岭土和伊利土—对聚羧酸系减水剂的性能的影响，通过其对净浆流动度、砂浆流动度以及混凝土塌落度等的影响实验，发现蒙脱土对聚羧酸系减水剂性能的影响最大，高岭土与伊利土影响依次减小。通过对硬化水泥胶砂后期孔隙率和力学性能的测定发现粘土导致混凝土材料工作性能发生突变的掺量也是后期力学性能发生突变的掺量。
　　通过聚羧酸系减水剂对水泥和粘土的微观形貌、吸附量、Zata电位等的表征，研究蒙脱土、高岭土与聚羧酸减水剂之间的主要作用方式。研究表明，高岭土和蒙脱土与聚羧酸系减水剂的作用机理是相同的，都是通过与PC分子侧链的插层和对水的吸附来影响混凝土性能的，影响大小的不同是因为它们片层结构的可扩展性不同。蒙脱土吸水插层作用明显，体积膨胀较大，所以对混凝土工作性能和后期力学强度影响较大;而高岭土晶体体积膨胀性能小，可以插层的PEO侧链数量和吸水量较小，所以对混凝土性能影响较小。PEO侧链对粘土的插层和粘土的吸水作用是一个相互促进的过程。
　　在所得结果基础上，设计了抗泥剂的分子结构及进行了合成制备实验。采用亲水性较差的甲基丙烯酸羟丙酯代替亲水性较好的PEO侧链单体，合成了一种带有部分阳离子电荷的单体CAC，采用丙烯酸和甲基丙烯磺酸钠作为阴离子吸附单体，通过自由基聚合反应合成了小分子聚合物。讨论了单体的摩尔比例、反应时间、反应温度、引发剂用量和pH对产品性能的影响，聚合反应的条件为单体摩尔比例CAC∶AA∶HPMA∶SMAS=2.5∶1∶3∶0.5，反应温度为70℃，引发剂用量为总单体质量的6％，反应时间为5h，抗泥剂pH为7～9时，所得抗泥剂与聚羧酸系减水剂共用具有良好的效果。与不掺抗泥剂的含蒙脱土水泥胶砂相比，抗泥剂掺量为水泥用量的0.1％时，含蒙脱土的水泥胶砂的砂浆流动度和混凝土塌落度均有了较大的提高。孔隙率、SEM表征说明了掺用抗泥剂制备的硬化水泥胶砂更加均质、紧密，7d和28d的孔隙率分别比不掺抗泥剂的含蒙脱土硬化水泥胶砂减小了39.6％和34.7％。力学性能测试发现，掺用抗泥剂的含蒙脱土硬化水泥胶砂28d抗压强度高达51.6MPa，比不用抗泥剂时提高了27.7％，具有较好的应用前景。

目录

摘要

1 文献综述

1．1 减水剂简述

1．2 聚羧酸系高效减水剂

1．2．1 聚羧酸系高效减水剂概论

1．2．2 聚羧酸系减水剂的结构特点

1．2．3 聚羧酸系减水剂对水泥水化的影响

1．2．4 聚羧酸系减水剂对水泥颗粒的分散机理

1．3 聚羧酸系减水剂结构与性能相关性及合成方法

1．3．1 小分子单体对聚羧酸系减水剂性能的影响

1．3．2 大分子单体对聚羧酸系减水剂性能的影响

1．3．3 分子空间构型对聚羧酸系减水剂性能的影响

1．3．4 聚羧酸系减水剂的合成方法

1．4 聚羧酸系减水剂存在的问题

1．5 泥影响聚羧酸系减水荆及混凝土性能的研究

1．5．1 混凝土中影响减水荆性能的物质的来源

1．5．2 混凝土中泥的种类与结构

1．5．3 泥粉对混凝土性能的影响

1．5．4 混凝土抗泥的方法探索

1．6 课题研究的目的和意义

1．7 课题研究内容

1．8 课题研究的创新点

2 不同类型的泥对混凝土性能的影响研究

2．1 主要实验材料、药品和仪器

2．1．1 实验所用主要材料

2．1．2 检测用材料

2．1．3 检测设备和仪器

2．2 实验检测方法

2．2．1 X射线荧光光谱分析(XRF)

2．2．2 净浆流动度

2．2．3 砂浆流动度

2．2．4 混凝土坍落度测定

2．2．5 硬化水泥胶砂孔隙率测定

2．2．6 硬化水泥胶砂力学性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 X射线荧光光谱分析

2．3．2 净浆流动度

2．3．3 砂浆流动度

2．3．4 各种粘土对混凝土的塌落度影响

2．3．5 粘土对硬化水泥胶砂孔隙率的影响

2．3．6 各种粘土对硬化水泥胶砂力学性能的影响

2．4 粘土与聚羧酸系减水剂相互作用原理探索

2．4．1 水泥和粘土的微观形貌表征

2．4．2 水泥和粘土的Zata电位表征

2．4．3 水泥和粘土的吸附量表征

2．4．4 粘土的X光衍射表征

2．4．5 含泥浆体的黏度表征

2．5 结果与讨论

2．5．1 水泥和粘土的微观形貌表征结果

2．5．2 水泥和粘土的Zata电位表征结果

2．5．3 水泥和粘土的吸附量表征结果

2．5．4 粘土的X光衍射表征结果

2．5．5 含泥浆体的黏度表征结果

2．6 小结

3 新型抗泥剂的合成

3．1 抗泥剂的分子设计

3．2 合成抗泥剂的单体的选择

3．2．1 带阳离子基团的乙烯基类单体的合成

3．2．2 乙烯基类阴离子单体的选择

3．2．3 本实验合成的抗泥剂的结构及性能优势

3．3 抗泥剂的合成

3．3．1 合成实验用原料

3．3．2 分析检测用材料

3．3．3 主要实验仪器和设备

3．3．4 抗泥剂的合成方法和步奏

3．4 反应条件对抗泥剂的合成的影响

3．4．1 单体摩尔配比对抗泥剂性能的影响

3．4．2 聚合反应温度对抗泥剂性能的影响

3．4．3 引发剂用量对抗泥剂性能的影响

3．4．4 反应时间对抗泥剂性能的影响

3．4．5 pH对抗泥剂性能的影响

3．5 抗泥剂性质检测方法

3．5．1 抗泥剂的pit值检测

3．5．2 抗泥剂固含量测定

3．5．3 抗泥剂的相对分子质量检测

3．5．4 抗泥剂的红外检测(IR)

3．6 性质检测结果与讨论

3．6．1 抗泥剂的均质性检测

3．6．2 分子结构红外图谱分析

3．6．3 相对分子质量检测

3．7 小结

4 抗泥剂对含粘土的混凝土材料性能的影响

4．1 主要实验材料和仪器

4．1．1 检测仪器的选择

4．1．2 分析检测用材料

4．2 抗泥剂对减水剂工作性能影响测试

4．2．1 砂浆扩展度

4．2．2 混凝土坍落度测定

4．3 抗泥剂对水泥胶砂后期性能的影响

4．3．1 硬化水泥胶砂孔隙率检测

4．3．2 硬化水泥胶砂微观形貌分析

4．3．3 硬化水泥胶砂力学性能测试

4．4 结果与讨论

4．4．1 水泥胶砂浆工作性能

4．4．2 硬化水泥胶砂微观形貌分析

4．4．3 硬化水泥胶砂的孔隙率测定

4．4．4 硬化水泥胶砂力学强度检测

4．5 小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间申请的专利

参加的科研项目

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