硅烷改性聚羧酸减水剂对水泥浆体流动性及水化进程的影响

通过自由基聚合法,利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)部分或完全取代聚羧酸减水剂合成过程中的丙烯酸(AA)单体,合成了硅烷改性聚羧酸减水剂。研究了硅烷改性聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为以及对水泥浆体分散性能的影响,并研究了硅烷改性聚羧酸减水剂对水泥水化进程的影响。结果表明:硅烷部分取代丙烯酸可提高聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量,提高了水泥浆体流动度;相对于传统聚羧酸减水剂,可更大程度延缓水泥水化进程,但可提高水泥3 d水化程度;而硅烷全部取代丙烯酸,聚羧酸减水剂对水泥吸附、分散性能下降,对水泥水化延缓程度增强,对水泥水化程度无提高效果。     

聚羧酸减水剂的分子结构对水泥水化过程的影响

在水溶液体系下合成了一系列不同分子结构的聚羧酸减水剂,利用凝胶渗透色谱对其分子结构进行表征,探讨了分子结构对聚羧酸减水剂的分散性及其分散保持性的影响,并采用＂水化热法＂和＂电阻率法＂分析了聚羧酸减水剂的分子结构对水泥水化过程的影响。结果表明：聚氧化乙烯（polyethylene oxide,PEO）侧链较短时,聚羧酸减水剂表现出较高的分散保持性;PEO侧链接枝密度为1：3时,聚羧酸减水剂同时表现出较高的分散性及分散保持性,同时与减水剂的分子量分布密切相关;聚羧酸减水剂使水泥水化的诱导前期缩短,但诱导期延长,表现出一定的缓凝作用;PEO侧链较短、PEO侧链接枝密度适中的聚羧酸减水剂表现出较强的缓凝作用,与其在水泥颗粒表面的吸附行为有关;随分子量减小,这种缓凝作用略有加强;聚羧酸减水剂使电阻率曲线上对应的离子溶解平衡期延长,当PEO侧链较短、PEO侧链接枝密度适中时,聚羧酸减水剂对溶解平衡期的延长作用更明显,这与分子结构对水化热曲线上诱导期的延长规律类似。     

三聚磷酸钠在水泥颗粒表面的吸附行为及缓凝剂机理

本文通过测定不同三聚磷酸钠掺量下水泥颗粒的ζ电位,三聚磷酸钠的吸附量、钙离子浓度变化,分析了三聚磷酸钠在水泥颗粒表面的吸附特性,并结合水化热分析、水化产物的XRD、SEM分析,研究了三聚磷酸钠的缓凝机理.结果表明:三聚磷酸钠易与钙离子形成络合物,并吸附于水泥颗粒表面,当掺量为0.05％时,其吸附率可达到97％,当掺量为0.4％时,其吸附率可达到89％;形成的络合物[CaP3O10]3-存在于水泥颗粒表面,改变水泥颗粒表面电性能,同时抑制钙离子的溶出,降低液相中钙离子浓度,延迟水化放热,延缓水化产物形成,当掺量超过0.2％时,1d水化产物中无明显的CH.     

蒙脱石对聚羧酸减水剂的层间吸附特性

为了研究集料中泥土的矿物组成对聚羧酸减水剂的吸附性能,采用总有机碳测定仪测定了水泥以及蒙脱石、伊利石、高岭石对浓度为4g/L的聚羧酸减水剂溶液中聚羧酸减水剂的吸附量。结果表明：蒙脱石对聚羧酸减水剂的吸附量最大,约为水泥颗粒的3倍,伊利石和高岭石的吸附量也比水泥颗粒略大。并对吸附了聚羧酸减水剂的蒙脱石进行热重、Fourier 红外光谱、X 射线衍射分析,测定了其所含的有机官能团以及层间距变化,结果表明聚羧酸减水剂吸附进入了蒙脱石的层间,这是造成其吸附量大于其他矿物的主要原因。     

分次加入不同缓凝剂与聚羧酸减水剂二元体系保坍性的研究

本文针对混凝土坍落度损失的问题,通过测定聚羧酸减水剂、葡萄糖酸钠、麦芽糊精和蔗糖的吸附量,研究了分次加入聚羧酸减水剂与缓凝剂二元体系对水泥浆体流动性、混凝土坍落度及坍落度经时变化,揭示了分次加入条件下,缓凝剂对聚羧酸减水剂与缓凝剂二元体系性能的影响规律.结果表明:不同缓凝剂在水泥颗粒表面的吸附能力为:葡萄糖酸钠＞麦芽糊精＞蔗糖,并且分次加入条件下,缓凝剂对聚羧酸减水剂与缓凝剂二元体系作用的水泥浆体流动性的影响效果为:葡萄糖酸钠＞麦芽糊精＞蔗糖;影响水泥浆体流动性的主要原因不是水泥早期水化;分次加入聚羧酸减水剂与缓凝剂二元体系能显著提高水泥净浆的流动性和改善混凝土的坍落度损失,其中聚羧酸减水剂和葡萄糖酸钠二元体系作用效果最佳.     

分子量及其分布对聚羧酸减水剂吸附行为的影响

从分子量及其分布角度研究聚羧酸系减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为,分析了聚羧酸减水剂的吸附行为对其分散性、保坍性的影响.结果表明:平均分子量较高的减水剂在水泥表面的吸附量较高,减水剂分子中的高分子量部分优先吸附在水泥颗粒表面;对于同一减水剂,随其在水泥表面的吸附量增加,浆体的流动度增加,两者之间呈正相关性;而对于不同减水...     

硫酸盐对聚羧酸减水剂吸附量及吸附动力学的影响

在研究聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量、吸附速率的基础上,运用不同吸附动力学模型对试验结果进行拟合。吸附量测试结果表明:掺0.5%、1.0%Na2SO4会显著降低聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量,但掺0.1%、0.2%的Na2SO4有利于聚羧酸减水剂的吸附;CaSO4·2H2O对聚羧酸减水剂的吸附量影响不显著。吸附速率测试及拟合结果表明:硫酸盐对聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面吸附动力学的影响规律符合Langmuir准二级吸附动力学模型,Na2SO4通过改变聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的准二级吸附速率常数影响聚羧酸减水剂吸附达到平衡的时间,0.2%、1.0%掺量的Na2SO4均延迟了聚羧酸减水剂达到吸附平衡的时间。掺0.2%Na2SO4使准二级吸附速率常数较不掺硫酸盐时有所提高;掺1.0%Na2SO4的准二级吸附速率常数较不掺硫酸盐时大大降低;CaSO4·2H2O对准二级吸附速率常数的影响较Na2SO4要小。     

水泥和泥对聚羧酸减水剂的吸附性能研究

本文选用水泥、砂中泥和种植泥作为试验研究对象,利用紫外可见分光光度计法(UV),测定反应设定时间后的聚羧酸减水剂浓度,研究水泥和泥对聚羧酸减水剂的吸附性能.试验结果表明:聚羧酸减水剂在水泥和泥表面的吸附量随时间延长而增加,最后达到平衡;聚羧酸减水剂在泥颗粒表面的吸附存在优先选择性和亲和性,使得其在泥颗粒表面的吸附速率和吸附量大于水泥;泥种类不同,吸附量大小不同,对净浆流动度的影响程度不同;泥的掺入会大大降低水泥净浆的流动度,增大流动度经时损失量,且掺量越大影响越大,因此在工程应用中,对原材料泥含量进行控制,降低泥对聚羧酸减水剂的吸附量,对提高减水剂的减水率,保证混凝土坍落度保留值具有重要意义.     

聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附性能研究

通过水泥净浆流动度试验和TOC吸附试验研究了聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附量与吸附时间和减水剂浓度之间的关系.研究表明,水泥对聚羧酸减水剂的吸附量随时间的延长而增加,最终达到平衡.通过Gibbs吸附等温式得出吸附量随浓度的增加存在饱和吸附量,并根据Langmuir等温吸附模型计算出其饱和吸附量.     

聚醚侧链聚羧酸类减水剂的结构及应用性能

通过大分子反应,合成了一类主链带羧基、磺酸基,支链带聚氧乙烯基醚的聚羧酸系高效减水剂。利用IR和1H NMR表征了其结构,并通过对减水剂溶液表面张力、水泥颗粒表面吸附量以及溶液的电导率的测定,发现研制的减水剂能降低水的表面张力,并被吸附在水泥颗粒表面从而降低了水泥颗粒的表面能,使得水泥净浆有较好的分散作用,实验表明本研究制备的聚羧酸系减水剂对水泥颗粒有较好的分散作用。     

两性型聚羧酸减水剂与粉煤灰的相容性研究

采用不同粉煤灰掺量混凝土,分别掺入两种减水剂—阴离子型聚羧酸减水剂(PCan)和两性型聚羧酸减水剂(PCam),粉煤灰取代水泥总量为10％ ～ 50％,设计塌落度在(200±20) mm,测试混凝土塑性阶段和硬化阶段性能,以及通过总有机碳(TOC)实验,探讨两性型聚羧酸减水剂PCam与粉煤灰的相容性.结果表明:掺入减水剂,能有效降低混凝土用水量,PCam作用效果甚与PCan,减水率超过30％,能有效改善因粉煤灰掺入而导致早期强度的不足,提高20％以上强度.TOC吸附量表明硅酸盐水泥颗粒表面的吸附规律不同于水泥颗粒,由于粉煤灰颗粒较为光滑并且表面动电位为负值,因此对高效减水剂的吸附能力较弱.PCam阳离子基团的引入,使得其饱和吸附量大于普通阴离子型聚羧酸减水剂(PCan),相同掺量下具有更高塌落度及较低塌落度损失.因此,PCam阳离子基团的引入,增大了减水剂对粉煤灰颗粒的吸附量,与粉煤灰具有更好的相容性.     

醚型聚羧酸减水剂的作用机理研究

通过红外光谱、吸附量、ζ电位和表面张力等测定研究了醚型聚羧酸减水剂的作用机理。结果表明,该减水剂的作用机理主要是由于其化学吸附使水泥粒子表面形成了厚的水化膜,因而产生强的立体斥力而产生分散作用。同时,该减水剂具有较高的表面活性,这有利于减水剂水溶液对水泥表面的润湿和渗透,因而有利于减水剂在水泥表面的吸附。     

不同粘土矿物与聚羧酸减水剂相互作用机理研究

通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、有机碳吸附(TOC)、饱和吸水率以及净浆流动性等试验方法,研究了不同粘土矿物与聚羧酸减水剂的相互作用机理.结果表明:聚羧酸减水剂的侧链可进入粘土矿物蒙脱石的层间,发生插层反应,即层间吸附,而其侧链结构不进入伊利石、高岭土、海泡石等粘土矿物的层间,仅发生表面吸附,且吸附量大小为蒙脱石>高岭土>海泡石>伊利石;饱和吸水率试验显示,粘土矿物的饱和吸水率大小为蒙脱石>高岭土>海泡石>伊利石;流动度试验表明,粘土矿物对水泥-减水剂体系净浆流动度均有不同程度的影响,且蒙脱石影响程度最大.由此可知,粘土矿物对自由水和聚羧酸减水剂的吸附是造成流动度损失的主要原因.     

水泥和黏土矿物对不同减水剂的吸附特性

采用有机碳测定仪和紫外分光光度计,分别研究了聚羧酸减水剂、萘系减水剂和木质素磺酸钠在水泥、高岭土和蒙脱石颗粒表面的吸附特性,并对掺高岭土和蒙脱石的水泥净浆的流动度和黏度进行了测试,用三维视频显微镜观察了三种颗粒的形貌特征。结果表明:水泥、高岭土和蒙脱石对不同减水剂的吸附量不同;水泥比高岭土和蒙脱石对萘系减水剂的吸附量大,高岭土和蒙脱石比水泥对聚羧酸和木质素磺酸钠减水剂的吸附量大;水泥和高岭土颗粒表面较平滑,蒙脱石表面较粗糙;在掺入不同减水剂的水泥浆体中,蒙脱石和高岭土的掺入都会降低浆体流动度,提高浆体黏度,并且蒙脱石的影响更大。     

碱含量对新拌水泥浆体流变性能的影响

通过外掺硫酸钾的方式来调整不同矿物组成水泥中的碱含量,研究了碱含量对水泥/聚羧酸减水剂体系的流动度及流变性能的影响,分析了水化初期水化产物的物相、形貌及化学组成,测定了不同碱含量条件下水泥对聚羧酸减水剂的吸附量。结果表明:碱含量增加,新拌水泥浆体的流动度减小,屈服应力与塑性黏度增大。低铝酸三钙(C_3A)含量水泥的流变性能对碱含量的变化更为敏感,外掺硫酸碱对浆体流变性能的影响程度大于熟料中固溶的碱。水泥中高的碱含量抑制了水化初期钙矾石的生成,过渡性水化产物钾石膏生成量增加,尤其是低C_3A含量的水泥浆体中迅速出现大量板状钾石膏晶体,导致其流变性能急剧下降。碱含量增加,水泥对聚羧酸减水剂的饱和吸附量增加,低C_3A含量的水泥对聚羧酸减水剂的饱和吸附量增加尤为明显。     

聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为

合成一系列聚羧酸减水剂,探讨不同单体摩尔比对其吸附性能的影响。结果表明,当n(烯丙醇聚氧乙烯醚)∶n(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠)∶n(丙烯酸)∶n(马来酸酐)=1∶0.14∶3.6∶2.6时,产物吸附性能最优。并利用总有机碳分析技术,研究了不同温度、不同浓度下最优产物在水泥颗粒表面的吸附动力学和热力学。动力学研究结果表明：聚羧酸在水泥颗粒表面的吸附过程符合Lagergren吸附速率方程,吸附速率常数k=0.01594 min-1(30℃),表观活化能Ea=17.9647 kJ·mol-1。热力学研究结果表明：随温度升高,聚羧酸在水泥颗粒表面的吸附量增大;求得吸附热力学参数分别为ΔHad=-24.788 kJ·mol-1,ΔSad=0.050 kJ·mol-1·K-1,ΔGad=-39.886 kJ·mol-1(30℃),可知该吸附过程是自发的放热反应。理论上温度升高对吸附不利,但因放出的热量促进水泥水化,导致聚羧酸分子容易掺杂到水化产物中,从而使更多聚羧酸吸附到水泥颗粒表面,令其吸附量反而增大。     

季铵盐对聚羧酸减水剂在水泥-蒙脱土表面吸附的影响

采用紫外标记技术对聚羧酸分子的紫外吸收进行增强,进而采用紫外吸收光谱与总有机碳分析联用的技术,有效地区分聚羧酸分子与季铵盐阳离子分子同时存在时各自的吸附行为,并对3种典型结构的季铵盐阳离子与聚羧酸减水剂在水泥-蒙脱土体系吸附行为的相互影响进行了系统研究。结果表明:小分子季铵盐对聚羧酸在水泥表面的吸附无影响,双子型季铵盐掺量达到2.5×10~4后会促进聚羧酸吸附,聚合物季铵盐则会抑制聚羧酸减水剂在水泥表面的吸附;3种季铵盐在达到一定掺量后,均能有效抑制聚羧酸减水剂在蒙脱土表面的吸附,其中双子型季铵盐和聚合物季铵盐效果更加明显,双子型季铵盐在低掺量下的抑制效果更明显,高掺量下聚合物季铵盐则体现出更优的抑制效果。     

早强型聚羧酸系减水剂对基准水泥早期水化的影响研究

探究早强型聚羧酸系减水剂(ES-PCE)对水泥水化的作用机制,有助于ES-PCE的研发设计与推广应用。本文通过对水泥水化进程、溶解速率、水化产物生长、凝结时间与抗压强度进行表征,分析了ES-PCE与普通聚羧酸系减水剂(PCE)对基准水泥早期水化的影响机理。结果表明:PCE与ES-PCE均会降低水泥悬浮液的溶解速率;PCE的掺入延缓了水泥水化的诱导期与加速期,降低了水化放热量;而ES-PCE仅略微延迟了水泥水化的诱导期,但缩短了加速期,水化放热量基本不变。与基准水泥相比,ES-PCE分别提早了水泥初凝时间10 min和终凝时间85 min。ES-PCE的掺入提高了水泥早期和后期强度,掺0.2%(质量分数)ES-PCE的水泥7 d抗压强度较基准组提高了14%,而同掺量的PCE强度提高仅为前者的一半。PCE与ES-PCE的掺入释放了水泥颗粒团状絮凝结构中的水分,有利于水泥水化,但二者对水化的影响截然相反;PCE分子结构中大量的羧基络合了溶液中的Ca²⁺,抑制了水泥颗粒表面晶核的形成,起到了一定的缓凝作用;然而,ES-PCE分子结构中羧基含量较低,Ca²⁺的络合作用较弱,缓凝效果并不明显,在体系中有效水分增多的情况下,反而促进水泥的水化,起到了早强效果。水灰比为0.4的水泥砂浆中,ES-PCE的掺量适宜控制在0.3%以下,在保证减水率的同时,对水泥早期和后期强度均起到一定的增强作用。     

聚羧酸减水剂在水泥、矿粉和粉煤灰表面吸附行为研究

对比了掺聚羧酸减水剂的基准水泥、矿粉和粉煤灰三种粉料桨体初始流动度和经时流动度,通过吸附量、表面形貌和XPS测试分析作用机理.结果表明,基准水泥吸附量最大,吸附层最厚,因而初始流动度最高,矿粉次之,粉煤灰最小;与萘系减水剂相比,聚羧酸减水剂在低掺量时也有良好的保坍性.     

烟气脱硫石膏对水泥-聚羧酸系减水剂适应性的影响

系统研究了烟气脱硫石膏中亚硫酸钙成分对水泥水化过程及水泥-聚羧酸系减水剂体系的适应性影响.结果表明,脱硫石膏中适量的亚硫酸钙不会对水泥-聚羧酸系减水剂适应性产生不利影响,而当亚硫酸钙含量一旦超出一定范围就会显著影响聚羧酸系减水剂分散性能的发挥.由X射线衍射(XRD)分析结果可知:亚硫酸钙在水泥水化过程中产生了一种类似于AFm的水化产物C3A· CaSO3·11H2O,初步推测这种水化产物可能对聚羧酸系减水剂产生了大量吸附,从而严重影响了减水剂分散性能的发挥.