论文部分内容阅读
随着高性能及超高性能混凝土的发展,亟待针对低水胶比水泥基材料体系粘度高、工作性差、收缩大的缺点设计合成高性能的聚羧酸减水剂(PCEs)。此外,研究PCEs与低水胶比水泥基材料的相互作用可以从本质上探究PCEs的作用机理,得出PCEs结构对低水胶比胶凝材料体系性能的影响规律,进而根据水泥基材料的性能需求和具体组分对PCEs进行分子结构设计。本文将烷氧基硅烷通过自由基聚合接入PCEs分子结构中,设计优化、合成能良好适用于低水胶比水泥-硅灰体系的硅烷改性PCEs,并研究不同化学结构的PCEs与低水胶比水泥-硅灰体系的相互作用。采用分子设计的方法,以过硫酸铵(APS)为引发剂,丙烯酸(AA)、马来酸酐(MAH)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTEO)、烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)为单体,通过自由基共聚合成了分子量小、羧基密度高的新型硅烷改性聚羧酸减水剂(S-PCEs)。S-PCEs对低水胶比水泥-硅灰体系具有良好的分散性,水胶比低至0.14或硅灰掺量达30%时,仍能满足拌合和成型需求。此外,随着水胶比的降低或硅灰掺量的提高,同市售聚羧酸基减水剂(C-PCEs)相比,S-PCEs的分散优势更加明显。与C-PCEs相比,掺入S-PCEs使低水胶比水泥-硅灰体系(硅灰掺量20%,w/b=0.18)的屈服应力下降7.95%,等效塑性粘度降低61.31%,触变环的面积减少了52.98%。以S-PCEs及合成的其它三种PCEs为基础,研究了不同结构的PCEs与低水胶比水泥-硅灰体系的相互作用。四种PCEs的侧链结构相同,锚固基团种类和数量不同。研究的结果表明,侧链结构相同,锚固基团种类和数量不同的四种PCEs理化性质和吸附行为存在较大差异。在PCEs主链上接入烷氧基硅烷或降低其分子量有利于溶液表面张力的降低;PCEs主链的羧基密度越高,其在低水胶比水泥-硅灰体系中的吸附量越大,体系的Zeta电位越低;S-PCEs的硅羟基可与胶凝材料表面的羧基缩合发生化学吸附,其分子可依靠单个链结吸附在胶凝材料表面,在表面形成更紧密的排列方式,与未改性PCEs相比吸附量增加。四种PCEs的吸附行为和理化性质直接影响低水胶比水泥-硅灰浆体的水化及性能。侧链结构相同时,PCEs在低水胶比水泥-硅灰体系中的吸附量越高,其分散性越好,新拌低水胶比水泥-硅灰浆体具有良好的工作性。同时,具有较强分散能力的PCEs会促进水泥的水化程度,改善水泥基材料的微观结构,提高其7d及28d力学强度。但高的吸附量会导致水泥水化的诱导期变长,延缓水泥水化产物的生成,降低3d龄期时的机械强度。此外,PCEs的表面张力越低,新拌低水胶比水泥-硅灰浆体的塑性粘度越小,且低水胶比水泥-硅灰浆体的自收缩和干燥收缩越小。