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聚羧酸减水剂的分子结构对水泥水化过程的影响

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2016-08-12 09:00:00  属于:产品技术
文章摘要: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(polyethyleneoxide,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。
作为新一代绿色高性能减水剂,聚羧酸减水剂具有掺量低、分散性高、保坍性好等优点,同时,其最大的特点是分子结构的可设计性强,进一步高性能化的空间大,因此,自问世以来[1],聚羧酸减水剂得到了国内外科研人员的关注,成为现代混凝土技术领域研究的热点。对于聚羧酸减水剂的分散性、保坍能力及作用机理,国内外科研人员对其进行了广泛的研究,取得众多研究成果,比较一致的观点是:聚羧酸减水剂主要通过空间位阻作用对水泥颗粒起分散作用,但静电斥力的作用不可忽略,与减水剂的分子结构有关。聚羧酸减水剂具有分散性的前提是其在水泥颗粒表面的吸附,这必然影响水泥颗粒与水的接触状态,从而影响水泥的水化过程,直接关系到聚羧酸减水剂与水泥的相容性。

在水溶液体系下合成了一系列具有不同分子结构的聚羧酸减水剂,研究了聚氧化乙烯(polyethyleneoxide,PEO)侧链长度、PEO侧链接枝密度、分子量等参数对聚羧酸减水剂的分散性、分散保持性及其对水泥水化过程的影响。

1实验
1.1原材料水泥:广州粤秀牌P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥,其化学组成和物理性能见表1。聚羧酸减水剂(polycarboxylatewaterreducers,PCs):自主合成,分子结构如图1所示,其中PEO[(CH2CH2O)n]侧链的长度分别为16、23、45,PEO侧链的接枝密度(PEO与羧基COO–的摩尔比)分别为1:1.5、1:3、1:6,聚羧酸减水剂的分子结构参数见表2。


1.2测试
1.2.1凝胶渗透色谱用Waters公司的515型色
谱仪(配有Ultrahydrogel120,250,500和1000色谱分离柱和Waters2410监测器)测试聚羧酸减水剂的分子量及其分布。色谱柱温度控制在40℃,洗提液为0.1mol/LNa2SO4水溶液,流速为0.6mL/min;用不同分子量的单分散性聚乙二醇/聚氧化乙烯标校正准曲线。
1.2.2水泥净浆流动度
用微型坍落度仪法测试水泥净浆流动度,坍落度仪尺寸为:高60mm、上口内径36mm、下口内径60mm。聚羧酸减水剂的体掺量为0.2%(相对于水泥质量的百分含量,下同),浆体水灰比为0.35,具体测试过程按照GB/T8077—2000进行。
1.2.3水泥净浆水化热
用TAMAir,ThermometricAB型水化热仪测试水泥净浆的放热率。在20℃恒温条件下,连续测试72h掺或不掺聚羧酸减水剂水泥净浆的水化放热速率,聚羧酸减水剂的固体掺量为0.2%,浆体的水灰比为0.4。
1.2.4水泥净浆电阻率
用CCR-Ⅱ型无电极电阻率测定仪测试水泥净浆的电阻率。具体测试过程为:
1)按照水灰比为0.35配置水泥净浆,入已经装配好的环形试模中,上下震动模具,使水泥净浆中的空气释放出来,并保持样品表面水平,盖上模具盖,减少试验过程中水分的蒸发;
2)启动程序,电脑自动计录数据,到45h时关闭程序;
3)测试结束后,卸下模具,均匀地在样品不同的部位测量样品的高度,计算其平均值,并以此值对测试结果进行校正。
2 结果与讨论
2.1 减水剂分子结构对水泥净浆流动度的影响

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