随着社会经济和建筑工业的发展,人们对高性能混凝土的需求不断提高。因此,开发高性能混凝土、提高混凝土的施工性能和机械性能,成为新形势下的研究热点。减水剂作为应用最广的混凝土外加剂,能提高新拌混凝土的流动性、增强凝结后混凝土的机械强度,逐渐成为了科学家们的研究重点。聚羧酸减水剂(PCE)是一种新兴的高性能混凝土外加剂,具有掺量低、减水率高、保坍性好等优点,受到了广泛的关注。而传统工业PCE的合成受机理方面的限制,反应温度普遍偏高,通常为50-80oC,存在合成工艺复杂、成本高、能耗大等问题。本课题主要在低温下合成了PCE,研究了不同反应条件对PCE性能的影响;采用新型工艺方法在绝热的条件下制备出性能优良的PCE;同时,本研究制备了一系列结构改性PCE,改善了传统PCE引气性低、分散保持性较差等缺点。具体研究结果如下:(1)异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸钠(SMAS)作为反应单体,以过硫酸铵-抗坏血酸(APS-Vc)作为氧化还原引发体系,以巯基乙酸(TGA)为链转移剂,采用自由基聚合的合成方法常温制备了高性能PCE,通过单因素实验和响应面实验确定了PCE的最佳合成工艺为:n(AA):n(SMAS):n(APS):n(TGA):n(TPEG)=4.23:0.20:0.10:0.12:1.00,加料方式为匀速滴加,合成温度30oC,反应时间为4 h,所得PCE固含量约为35%,水泥净浆流动度为245 mm。通过FT-IR表征,证明所合成的PCE为目标产物;通过表面张力测试,证明PCE提高了表面活性和分散性能;通过Zeta电位测试,证明PCE在水泥中发挥静电斥力作用;通过凝结时间测试,证明PCE能够延长初凝时间和终凝时间,有利于增大新拌混凝土的流动度。(2)目前关于PCE的研究集中于其作用机理、分子构象,而工业生产方式的研究较少。由于传统工业恒温合成方法控温程序复杂,本实验采用模拟绝热法合成了PCE,在n(TPEG):n(AA):n(SMAS):n(TGA)=1.00:4.00:0.20:0.18、物料起始温度15oC、聚合时间4 h的条件下,所得PCE的重均分子量为42688、数均分子量36409、分子量分布1.1725。绝热制备的PCE与恒温制备的PCE相比较,其固含量、水泥净浆流动度、坍落度和减水率均比肩或优于传统恒温聚合方式所得PCE,水泥净浆流动度可达到251mm,坍落度可达到210mm。合成的PCE通过XRD、SEM、抗压性能测试表征。结果表明,PCE可延缓水泥的硬化过程,促进钙矾石的紧密排列,提高水泥的抗压和抗折等机械强度。(3)PCE虽然分散性能优异、稳定性高,但存在引气性较差、成本较高等缺点。本实验用木质素、乙二醇、丙三醇、季戊四醇分别制备了结构改性PCE-KL、PCE-B、PCE-C、PCE-D,其净浆流动度分别为:230 mm、173 mm、151 mm、164 mm,相对分子量分别为169523、79506、101112、124610。使用FT-IR表征、混凝土性能测试、表面张力测试,与一般聚羧酸减水剂PCE-A相比,证明了改性PCE有着较优异的分散性能,其中木质素改性PCE-KL净浆流动性比肩PCEA,净浆流动保持性优于PCE-A,并且表面张力低于PCE-A,具有更高的表面活性和引气性。之后对不同木质素含量的PCE-KL进行了水泥净浆流动性测试和流动保持性测试,证明了当TPEG和TPEG-KL按照一定质量比混合后制备出的聚羧酸减水剂相比于PCE-A和PCE-KL有着更优异的性能,其中木质素含量为10%的PCE-KL10%性能最佳,净浆流动度在1 h后仅下降15 mm。最后通过SEM表征,证明了PCE-KL10%对水泥水化有延缓的作用,提高凝固后水泥石的机械性能。综上所述,本文为聚羧酸减水剂的合成提供了理论参考,为绝热制备聚羧酸减水剂提供了新思路,并且展现了结构改性聚羧酸减水剂的开发潜力,对发展环境友好型PCE、合理利用天然高分子资源起到了重要作用。