聚羧酸系高性能減水劑的開發(fā)與研究

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1、武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文緒論（一）高性能聚羧酸減水劑概述聚羧酸類減水劑是繼以木鈣為代表的普通減水劑和以萘系為代表的高效減水劑之后發(fā)展起來的第三代高性能化學(xué)減水劑，其綜合性能優(yōu)異，不僅具有高減水率，而且還可以有效的抑制坍落度損失，目前有較好的應(yīng)用前景。日本首先于80年代初開發(fā)出聚羧酸系高效減水劑，1985年開始逐漸應(yīng)用于混凝土工程。1995年以后，聚羧酸鹽系減水劑在日本的使用量超過了萘系減水劑。目前國內(nèi)對萘系、三聚氰胺系等高效減水劑的研究和應(yīng)用已日趨完善，不少科研機(jī)構(gòu)已開始轉(zhuǎn)向?qū)埕人嵯蹈咝阅軠p水劑的開發(fā)與研究。在混凝土中摻

2、入少量高效減水劑，就能在保持混凝土配比不變時(shí)，改善混凝土的和易性;在保持和易性不變時(shí)，減少用水量，從而提高混凝土的強(qiáng)度;在保持強(qiáng)度不變時(shí)，節(jié)約水泥用量。由于混凝土中加入減水劑的物理化學(xué)作用，使混凝土均勻、致密，因而改善了混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗化學(xué)侵蝕等各項(xiàng)性能。聚羧酸系減水劑具有以下特點(diǎn)：1、摻量低、減水率高：減水率可高達(dá)45%，可用于配制高強(qiáng)以及高性能混凝土?！　?、坍落度輕時(shí)損失?。侯A(yù)拌混凝土2h坍落度損失小于15%，對于商品混凝土的長距離運(yùn)輸及泵送施工極為有利?！　?、混凝土工作性好：用PC聚羧酸系高性能減水劑配

3、制的混凝土即使在高坍落度情況下，也不會(huì)有明顯的離析、泌水現(xiàn)象，混凝土外觀顏色均一。對于配制高流動(dòng)性混凝土、自流平混凝土、自密實(shí)混凝土、清水飾面混凝土極為有利。用于配制高標(biāo)號混凝土?xí)r，混凝土工作性好、粘聚性好，混凝土易于攪拌。?！　?、混凝土收縮?。嚎擅黠@降低混凝土收縮，顯著提高混凝土體積穩(wěn)定性及耐久性?！　?、堿含量極低：堿含量≤0.2%。　　6、產(chǎn)品穩(wěn)定性好：低溫時(shí)無沉淀析出?！　?、產(chǎn)品綠色環(huán)保：產(chǎn)品無毒無害，是綠色環(huán)保產(chǎn)品，有利于可持續(xù)發(fā)展。8、經(jīng)濟(jì)效益好：工程綜合造價(jià)低于使用其它類型產(chǎn)品。根據(jù)混凝土外加劑協(xié)會(huì)200

4、2年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我國主要混凝土外加劑生產(chǎn)企業(yè)外加劑總產(chǎn)量為187萬噸，減水劑類產(chǎn)品產(chǎn)量106萬噸，占外加劑總產(chǎn)量的57%，是混凝土外加劑中使用量最大、用途最廣的不可代替的品種。目前我國摻外加劑混凝土僅占混凝土總量的30％左右，發(fā)達(dá)國家使用外加劑混凝土占混凝土總量的70%～80%，有些國家已經(jīng)達(dá)到100%，要達(dá)到國外現(xiàn)在外加劑的應(yīng)用發(fā)展水平，我們還有很大的發(fā)展空間，外加劑的研究和生產(chǎn)仍有巨大的潛在市場；在各類外加劑產(chǎn)品中用量最大的就是減水劑。高效減水劑可使混凝土的水灰比下降到0.25以下，而水泥用量仍可保持在500kg/m3

5、。同時(shí)，它的坍落度可保持在200mm以上，完全能滿足泵送需要，從而可配制出高強(qiáng)、超高強(qiáng)混凝土。這類混凝土的應(yīng)用情況反映了整個(gè)國家的高效減水劑的技術(shù)水平。北美、歐洲的一些國家和日本、澳大利亞等應(yīng)用超高強(qiáng)、高性能混凝土相對較多。近10年來，中國在混凝土技術(shù)方面取得了明顯的進(jìn)步。在普遍應(yīng)用C30和C40等級混凝土的基礎(chǔ)上，C50.C60高性能混凝土的工程應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，C80混凝土己在預(yù)應(yīng)力管樁構(gòu)件中使用，也有少量C80-20-武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文高強(qiáng)泵送混凝土在工程中應(yīng)用，使混凝土從較低強(qiáng)度邁入了高強(qiáng)混凝土階段。（二）衣

6、康酸單體代替部分丙烯酸大單體聚羧酸系減水劑的主要合成方法為大單體直接共聚法。它是由大單體和一定比例的各種小單體(主要為羧酸類單體和磺酸類單體)直接通過水溶液聚合制得PC減水劑。采用該方法，其產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性好，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定㈣。該方法的關(guān)鍵技術(shù)之一是大分子單體的合成。目前采用的大單體主要是甲氧基聚乙二醇(又稱甲氧基聚氧乙烯甲基丙烯酸酯)，其次是烯丙基聚乙二醇醚。甲氧基聚氧乙烯(甲基)丙烯酸甲酯主要是通過酯化和酯交換合成。其合成存在以下問題：由于烷氧基聚氧乙烯的分子量大，羥基被C—H鍵包裹，與羧基的接觸幾率低，酯化和

7、酯交換難度大；由于(甲基)丙烯酸及其酯聚合活性高，在反應(yīng)過程中易發(fā)生聚合．為防止單體在反應(yīng)過程中發(fā)生聚合．一般需加阻聚劑．但過多的添加阻聚劑又會(huì)影響產(chǎn)品的聚合活性；反應(yīng)過程中烷氧基聚氧乙烯因溫度高和酸性強(qiáng)會(huì)發(fā)生降解．分子量分布變寬，并形成少量聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯，從而影響聚羧酸減水劑的性能。用烯丙基醇引發(fā)環(huán)氧乙烷聚合可制備烯丙基聚乙二醇醚類單體。烯丙基聚乙二醇醚類大單體不易與丙烯酸類單體共聚，而易與馬來酸酐共聚，但李強(qiáng)等的研究結(jié)果表明：馬來酸酐一烯丙基聚乙二醇醚共聚物的適應(yīng)性和坍落度保持能力較差。也有報(bào)道采用甲氧基聚

8、乙二醇馬來酸單酯為大單體。該單體可通過馬來酸酐和甲氧基聚氧乙烯醚(MPEG)酯化來合成，馬來酸酐酯化活性大且不聚合，因此，該酯化反應(yīng)容易進(jìn)行，但該單體聚合活性很低，不易與其他單體共聚。因此，由它制得的聚羧酸減水劑減水效果較差。針對以上問題，本研究以衣康酸酐和甲氧基聚乙二醇為原料，合成了甲氧基聚乙二醇衣康