新型减缩性聚羧酸减水剂制备及其基本性能

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本研究基于毛细管张力学说,以降低孔溶液表面张力达到抑制水泥基材料收缩的作用,在降低溶液表面张力最强的一系列表面活性剂中选择了碳氟表面活性剂作为减缩单体,通过自由基共聚反应,将其引入到聚羧酸减水剂的分子结构中,制备含氟的新型减缩性聚羧酸减水剂。本研究采用单一变量法,研究聚合反应参数对含氟的减缩性聚羧酸减水剂基本性能的影响规律,确定出最优聚合工艺参数为:反应温度80℃,单体滴加2h,后续保温2h,反应物浓度为50%,各反应单体配比为n(TPEG):n(AA):n(Fm)=1:4.5:1,式中n、TPEG、AA、Fm分别表示单体物质的量、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸、含氟减缩单体。采用上述最佳聚合参数,用6种氟原子数不同含或者不含甲基的减缩单体制备了各种减缩性减水剂来探讨氟原子数及所含甲基对减水剂性能的影响。通过凝胶渗透色谱、FTIR和19F NMR等对其分子结构进行表征,证明6组减水剂的转化率均大于85%,含氟减缩单体成功共聚到聚羧酸减水剂大分子中形成带含氟短侧链的新型聚羧酸减水剂。参考GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》等现行标准,对上述新型聚羧酸减水剂进行性能检测。通过水泥净浆流动度、水泥胶砂减水率测试其减水性能,水泥净浆收缩和胶砂收缩测试其减缩性能,并研究其对强度是否存在负面影响。得出:掺0.4%的含氟的减缩性聚羧酸减水剂的胶砂减水率约为30%;掺减水剂的水泥净浆具有较高的初始流动度和较好的流动度保持性;相同水灰比情况下,掺含氟的减缩性聚羧酸减水剂的胶砂抗压、抗折强度有一定损失,相同扩展度情况下,减缩性减水剂掺量≥0.4%时,3d胶砂抗压强度提升了45%以上,28d胶砂抗压强度约提升15%;试验组与空白组在水灰比相同和胶砂扩展度一致的情况下,含氟的减缩性聚羧酸减水剂均表现出抑制胶砂收缩的能力,其中掺减水剂减缩单体为甲基丙烯酸十二氟庚酯的试件在扩展度一致时,水泥胶砂120d收缩率与空白组相比降低了29%。为了进一步探究含氟的减缩性聚羧酸减水剂的作用机理,本研究进一步进行溶液表面张力、水泥颗粒表面Zeta电位、水泥水化热以及水化产物研究,得出:含氟的减缩性聚羧酸减水剂具有较高的表面活性,减缩单体为丙烯酸六氟丁酯和丙烯酸十二氟庚酯的减水剂降低表面张力的能力较为优异,浓度为5wt.%时,将溶液表面张力降至43mN/m;含氟的减缩性聚羧酸减水剂增加了水泥颗粒Zeta电位的绝对值,Zeta电位可一定程度上反映减水剂的静电斥力;6组含氟的减缩性减水剂均延缓了水泥水化速率放热峰的出现时间;促进了水化产物氢氧化钙和钙矾石的生成。
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