发布时间 : 星期二 文章聚羧酸系高效减水剂的制备及性能更新完毕开始阅读5905882aaf45b307e871977c
本科生毕业设计（论文）
前的情况来看，尽管对聚羧酸系减水剂的研究已经取得一定的进展，但仍存在许多问题，有待进一步研究[5]。
(1) 聚羧酸系高效减水剂的合成方面。由于单体的聚合活性差异很大，稍微改变分子设计比例，往往就会对结果产生很大的波动。我国的聚羧酸系高效减水剂的研究大多处于实验室合成阶段，对其作用机理、合成及应用等方面都存在一些尚待进一步解决的问题，又无可以参照的成熟的生产工艺，国外专利文献提供的工艺方法又过于复杂，影响因素太多，因此分析聚羧酸系高效减水剂的分子结构和性能的关系，研究合成步骤和控制结构的方法，对推动我国研究混凝土外加剂的合成和生产意义重大。
(2) 聚羧酸系高效减水剂的应用方面。由于聚羧酸系高效减水剂性能不太稳定，品种性能单一，与水泥的适应性以及与其它减水剂的相容性还存在一定的问题，严重影响了聚羧酸系高效减水剂的推广应用。如在应用中发现，聚羧酸系与氨基磺酸盐系减水剂大相径庭，不仅将其与萘系减水剂复合使用时不能获得良好效果，甚至在运输掺萘系减水剂混凝土的搅拌车没有清洗干净，就改换运输掺聚羧酸系减水剂混凝土拌加物时，会立即出现坍落度损失显著加大、浇注效果显著劣化的现象。
随着科技的发展，人们对生活环境的要求不断提高，对混凝土的需求及其性能的要求也会不断提高。因此未来聚羧酸系高效减水剂将进一步朝高性能、多功能化、生态化方向发展，不断向着开发多系列聚羧酸系减水剂母体、多功能的聚羧酸系减水剂衍生产品等方向发展。
1.3 聚羧酸系减水剂对水泥水化的影响
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[7]。
3
本科生毕业设计（论文）
研究表明，聚羧酸系减水剂主要通过吸附对水泥浆体的性质产生一系列重要的影响[8]。这种影响归结起来主要包括一下几个方面：①延长水泥水化诱导前期的时间；②降低水泥浆体中溶液的表面张力和体系黏度；③在体系中引入空气形成微气泡，有利于新拌混凝土的流动；④是水泥浆体的剪切屈服应力与塑性黏度降低；⑤有效地减缓水泥矿物的水化速率和放热速率，提高混凝土的体积稳定性；⑥由于显著的减水作用从而提高混凝土的密实性，进而提高混凝土强度。另外，减水剂的存在有可能使水化产物的结晶颗粒尺寸更小，有利于混凝土强度的进一步提高。
根据以上研究，我们可以对聚羧酸减水剂调控水泥水化进程的机理总结如下：聚羧酸减水剂分子吸附于水泥颗粒表面后形成吸附层，导致水泥矿物溶出速率降低，使水泥水化迅速进入水化诱导期；通过羧基的配位作用降低溶液中离子浓度和聚羧酸减水剂在水化产物上的选择性吸附，延缓水化产物的成核与生长，从而推迟水化加速期的形成。在实际应用中，不同用途的混凝土（如预制混凝土和泵送混凝土）对水泥水化特性的要求也不尽相同，而聚羧酸减水剂对水泥水化进程的调控作用也可以通过调整聚羧酸减水剂分子的结构来控制，但这必须建立在不同结构和种类的聚羧酸减水剂分子结构中，不同官能团对水泥水化的调控能力、特性与机理的更深层次研究的基础上。
1.4 高性能混凝土减水剂的种类及特征
减水剂的分类有多种，目前较普遍的是按照合成减水剂的原料或所合成的减水剂的主链化学结构特征来进行分类。
(1) 按合成减水剂的原料的不同，可将减水剂分为如下几类： ① 萘系高效减水剂
萘系高效减水剂，又称为萘磺酸甲醛缩合物减水剂，是由精萘或者工业萘制成的一种高效减水剂，其主要成分——萘磺酸甲醛缩合物，是一种极性分子，其中的磺酸基是一种强亲水基团，首先将萘用浓硫酸磺化得到β-萘磺酸，然后与甲醛缩合，最后再用苛性钠中和便得到萘磺酸钠甲醛缩合物。萘系高效减水剂的分子结构属于少支链线型结构，磺酸基对水泥颗粒吸附主要是通过短棒式吸附形态实现的，此种吸附形态空间排斥力较小，其分散力主要由静电斥力决定，具有吸附量较多但吸附力较弱的特点：减水剂分子易随水化的进行、布朗
4
本科生毕业设计（论文）
运动、重力及机械搅拌等各种因素作用而脱离水泥颗粒表面，造成粒子间凝聚加速，宏观上表现为流动度经时损失大。
② 三聚氰胺系高效减水剂
三聚氰胺系高效减水剂，化学名称为磺化三聚氰胺甲醛树脂，1964年由德国首先研制成功(俗称蜜胺减水剂)。在特定条件下，由三聚氰胺、甲醛、焦亚硫酸钠按摩尔比1：3：l缩聚而成。该类减水剂的主要结构特点是其憎水主链是亚甲基连接的含。或N的五元或六元杂环，亲水官能团是连在杂环上的带-S03H等官能团的取代支链。其分子式如下图所示：
HO
H2CHNNNNHNCH2OHnNHCH2SO3M图1-1三聚氰胺系高效减水剂的结构示意图
③ 氨基磺酸系高效减水剂
氨基磺酸系高效减水剂是一种非引气树脂型高效减水剂，通常是在含水条件下温热或加热，通过滴加甲醛，由带磺酸基和氨基的单体，与三聚氰胺、尿素、苯酚等单体，缩合而成，也可以联苯酚及尿素为原料加成缩合制备。其分子式如下图所示：
NH2HH2COHCH2OHH2COHnxySO3MR图1-2氨基磺酸系高效减水剂的结构示意图
5
本科生毕业设计（论文）
氨基磺酸盐减水剂分子的特点是分支比较多，所带的负离子基团数多，并且极性较强，在水泥颗粒上呈环圈及尾状吸附，因而空间位阻较大。由于空间位阻和静电斥力的共同作用，使得氨基磺酸盐减水剂具有优良的减水分散性能。
④ 聚羧酸系高效减水剂
具有梳型分子结构的聚羧酸盐系减水剂是由按一定比例的带羧酸盐基(-COO-)，磺酸盐基(-S03)、聚氧化乙烯侧链基(PEO)的烯类单体在水溶液中共聚而成，其主链上带有多个极性较强的活性基团，同时侧链上则带有较多的分子链较长的亲水性活性基创。其结构如下图所示：
(2) 减水剂按照其主要成分的化学结构，可以分为如下几类： ① 多芳环烃型高效减水剂
这一类主要包括：萘系高效减水剂、蒽系高效减水剂等。结构特点是憎水性的主链为亚甲基连接的双环或多环的芳烃，亲水的官能团则是连在芳环上的-S03H等官能团。萘磺酸甲醛缩合物即萘系减水剂的结构如图1-4所示：
RHH2CCmRH2CCHnCOOMOCO(CH2CH2O)aRRH2CCH2CaRCH2CbRH2CCH2CXcdnCOOMOCO(CH2CH2O)aRSO3M图1-3聚羧酸系高效减水剂的结构示意图
6