抑制粘土副作用型聚羧酸減水劑的制備與分子結構設計結題摘要

隨著高性能混凝土技術的快速發(fā)展，高性能混凝土化學外加劑的研究也逐漸興起。在混凝土行業(yè)中，目前影響混凝土高性能化的一個重要問題是，優(yōu)質砂石骨料資源日益緊缺、普通砂石骨料含泥量高，使得聚羧酸減水劑（PCE）工作性降低，針對這一現(xiàn)狀，本研究項目細化分析了粘土各主要成份對PCE應用性能的副作用及其影響機理，概括了PCE與蒙脫石類粘土的吸附特性及其副作用的三大成因：固相體積增大、液相體積減小和PCE側鏈被粘土層間吸附?；诖?，本項目又創(chuàng)新性地將聚合物分子結構設計原理應用于混凝土化學外加劑領域，分別設計合成了星形結構PCE、酰胺結構PCE、小分子抑制劑，系統(tǒng)研究了各PCE的合成工藝條件、分子結構參數(shù)規(guī)律、產物結構表征、混凝土應用性能、粘土副作用抑制效果等，獲得了一系列重要的結論。研究結果表明，在最佳工藝條件下合成的星形結構PCE由于具有多臂的結構，能夠充分發(fā)揮空間位阻效應，表現(xiàn)為較高的工作能效，在流動性及其保持能力、吸附行為、Zeta電位等方面具有比普通市售PCE更加優(yōu)異的性能，并且在摻有粘土的條件下，表現(xiàn)出比普通梳狀PCE更優(yōu)異的抗粘土性能，抑制粘土副作用能力更明顯。此外，設計合成了一系列不同酸胺比的酰胺結構PCE，經(jīng)對比研究結果表明，酸胺比為4:1時，合成產物無未反應大單體殘留，酰胺結構特征明顯，合成產物表現(xiàn)出高減水、高吸附量、高含氣量、高流動性、低表面張力等特性。內摻高酸胺比的酰胺結構減水劑對提高水泥-粘土體系的流動性能有明顯效果。研究經(jīng)設計合成的具有最佳流動性的小分子量直鏈粘土抑制劑的結果表明，該小分子抑制劑可優(yōu)先吸附在粘土層間，有效抑制粘土層間吸附PCE大分子，對含粘土的水泥凈漿、砂漿及混凝土的和易性的改善作用明顯。本項目研究結果提出的多條抑制粘土副作用的措施，將緩解優(yōu)質砂石供需矛盾，有利于克服PCE技術推廣的瓶頸，并實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護和天然資源節(jié)能降耗，無疑對我國經(jīng)濟和社會發(fā)展有著重要的意義。 2100433B

近年來，建筑行業(yè)對混凝土性能要求逐年提高，而與之配套的優(yōu)質砂石骨料資源卻日益緊缺，普通砂石骨料較高含量的粘土會大量吸附聚羧酸減水劑（PCE），造成混凝土工作性嚴重下降。針對這一現(xiàn)狀，本項目創(chuàng)新性地將分子結構設計原理應用于混凝土化學外加劑領域，合成一種全新結構的PCE材料，實現(xiàn)抑制粘土副作用的效果。采用活性中心法和氧化-還原體系法，合成星形結構的PCE，其大尺寸枝杈結構能充分發(fā)揮空間位阻效應，防止被粘土層間吸附而失效，同時其多臂結構具有的高工作能效有利于進一步減少粘土聚集、提高體系分散性。另一措施是設計合成粘土優(yōu)先吸附劑作為助劑，提前占領粘土層間以保證普通PCE正常的工作性。同時總結結構-性能關系，提出最優(yōu)的星形分子結構模型，深入揭示粘土與PCE的吸附機理。研究結果將緩解優(yōu)質砂石供需矛盾，豐富分子結構設計法抑制粘土副作用的理論，創(chuàng)新性顯著，對實際生產和應用有重要的指導作用。

膨脹粘土粘土防膨劑聚合物

聚合物抑制粘土膨脹機理：粘土遇水后,水分子進入晶胞層間,使晶胞層間距增大,體積膨脹,稱為粘土的水化膨脹過程。經(jīng)聚合物處理過的泥漿,當粘土顆粒與聚合物接觸時,聚合物靠氫鍵或靜電吸力吸附到粘土顆粒上,將多個粘土顆?！皹蚵?lián)”在一起,聚合物長鏈纏繞于粘土表面形成阻止粘土水化的保護層,降低了粘土的水化膨脹能力。粘土浸泡在不同介質中的體積膨脹率決定于粘土的自身性質、浸泡時間。

膨脹粘土無機陽離子聚合物

這種防膨劑是永久性的防膨劑，是三價和三價以上的金屬離子在一定條件下組成多核羥橋絡離子，帶有很高的正電價能緊密地吸附在粘土表面上，有效地控制粘土膨脹和微粒的移動。最好的無機陽離子聚臺物是羥基鋁和羥基鋯。

膨脹粘土陽離子活性劑

由于陽離子活性劑中的陽離子有憎水基團，因而它與粘土表面的結合程度遠大千鹽的陽離予結合程度，所以防膨效果較好。但陽離子活性劑作粘土防膨劑肘易與幾種陰離予化學藥劑反應產生沉淀，如石油磺酸鹽或為提高采收率使用的部分水解聚丙烯酰胺及一些生物聚合物。

膨脹粘土有機聚陽離子聚合物

有機聚陽離子聚合物是含氮、磷和硫的聚合物它在永中解離產生高正電價的高分子陽離子，有效地中和粘士表面的負電性。它少量存在就有很好的防膨效果，并有耐酸、耐鹽的優(yōu)點。 2100433B

本發(fā)明屬于混凝土外加劑技術領域，具體涉及一種早強型聚羧酸減水劑及其制備方法。該減水劑包括以下原料：改性橘皮渣、1?十四烯、丙烯酸、甲基丙烯酸、30%過氧化氫、三乙醇胺、丙烯腈、馬來酸酐、異戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、維生素C，去離子水。本發(fā)明通過利用橘皮渣進行改性，從而制備得到混凝土減水劑，能夠協(xié)同聚羧酸減水劑，添加至混凝土中后，能夠有效抑制混凝土構件的回縮，裂紋的產生等；本發(fā)明制備的減水劑能夠提高早期強度，滿足高強等混凝土的需求，同時，減水率高，摻加量低，且分散穩(wěn)定性好，不泌水分層，且不影響混凝土強度。

公開了一種轉銹型高分散聚羧酸減水劑的制備方法及由該方法制備得到的聚羧酸減水劑。該制備方法以含胺基不飽和類單體、醛、天然酸通過縮合反應，合成富含羥基、羧酸根等基團的具有轉銹緩蝕與減水功能大分子單體；再與甲基丙烯磺酸鈉、丙烯酰類單體等單體通過自由基共聚得到所述聚羧酸減水劑。該減水劑具有良好的分散、緩凝、減水、防銹轉銹功能。該減水劑在較低摻量下，對混凝土具有較好的分散性和分散性保持能力，有效提高了混凝土的性能和強度，同時混凝土澆筑后減水劑在鋼筋表面轉化為保護性的鈍化膜層，阻止鋼筋在混凝土中腐蝕。