新型聚羧酸系减水剂的合成及其性能研究_第一章绪论_11_30.doc

第一章 绪 论 1.1 选题背景 1.1.1 高性能减水剂是高性能混凝土的一种关键材料 混凝土是当今最大宗的建筑工程材料,高性能混凝土代表了混凝土技术的发展方向。在二十世纪六十年代,高效减水剂的发明与应用把混凝土技术带进了高强高流态、机械化施工时代,到了九十年代,粉体技术和化学外加剂应用技术则使混凝土进入高性能时代[1]。高性能混凝土的水胶比一般在0.38以下,通过使用高性能混凝土外加剂才能保证新拌混凝土有足够流动性,硬化混凝土具有足够高的强度和耐久性。在混凝土中掺入化学外加剂后,水泥矿物水化和水泥本身的一些性能受到影响,混凝土的孔隙率、硬化速度、微观结构和强度等许多性能也都将发生改变。高性能减水剂的掺量很低,具有很高的减水率和控制混凝土的塌落度损失作用,有一定的引气效果,对混凝土的凝结和硬化影响较小,主要作用是提高新拌混凝土的工作性和硬化混凝土的力学性能和耐久性。对于水胶比很低的高性能混凝土来说,在搅拌、运输与施工过程中需要保持混凝土的高工作性,混凝土工艺性能的改善和施工技术的提高主要依靠高性能减水剂性能的突破,泵送混凝土、免振捣自密实混凝土、水下浇注混凝土、喷射混凝土、聚合物混凝土、高强高性能混凝土等新技术的快速发展说明,高性能减水剂是混凝土技术不可缺少的一种关键材料。 1.1.2 新一代混凝土外加剂――聚羧酸系减水剂 从20世纪30年代初到60年代中叶,引气剂、普通减水剂的应用和发展较快。一次偶然的意外发现大大激发了人们对其它化学外加剂的研究热情,英国、美国、日本等国家通过化学引气方法提高混凝土的耐久性,在公路、隧道等工程中大量使用了引气剂或减水剂。为降低混凝土的用水量,使混凝土的强度和耐久性提高,提高减水率成为减水剂长期以来的研究发展的原动力。从60年代到70年代末,减水剂逐渐发展为以萘系减水剂(sulfonated naphthalene formaldehyde condensate, NSF和三聚氰胺系减水剂(sulfonated melamine formaldehyde condensate, MSF为代表的高效减水剂,混凝土技术因此得到第二次较大的发展,但由于萘系减水剂的保持混凝土流动性的效果较差,通过多次 添加法、后掺法、与缓凝剂复合等手段并不能根本解决混凝土坍落度损失问题,因此,为适合混凝土技术的发展要求,新一代混凝土外加剂――聚羧酸系减水剂(polycarboxylates, PC逐渐形成[2]。 在日本,1985年发表了羧酸系反应性高分子用于控制混凝土塌落度损失的第一篇文章之后[3],20世纪90年代初,又率先研究成功并逐渐推广应用聚羧酸系高性能减水剂[4、5]。使用聚羧酸系减水剂,具有如下优点:○1掺量低、减水率高,其掺量通常为胶结材用量的0.05~0.5%,而减水率最高可达30%以上[6];○2分子结构变化自由度大,许多羧酸类聚合物都可以作为高性能减水剂,原材料品种极其多样[7、8];○3与水泥、掺合料及其它外加剂的相容性好,混凝土不离析、不泌水,坍落度保持性能好[9、10];○4可用于配制普通、高强、高流动性、高耐久性混凝土,适应性范围非常广[11、15];○5减水剂的性能可以根据不同要求设计,能够有效控制混凝土中水泥的早期水化,适合配制大体积混凝土[13];○6可以应用于配制高强超高强的特种混凝土,如150MPa超高强流动性混凝土、200MPa纤维增强混凝土等[16、17];○7为大掺量粉煤灰、矿渣钢渣等工业废料在混凝土工程中大量使用提供了技术保证[18];○8减水剂的合成生产不用甲醛,造成环境污染的有害物质少,有利于建筑工程材料的可持续发展[19~20]。 1.1.3 研究聚羧酸系减水剂代表了化学外加剂研究的主导方向 传统的木质素磺酸盐类、萘系、密胺系等减水剂的研究始于二十世纪六十年代,各国的研究与应用目前已日趋成熟完善,相应的结构和性能发展变化小;而聚羧酸系减水剂的研究开发始于20世纪80年代末90年代初,其分子结构可以有多种变化,可直接合成得到性能不同的减水剂,其分散能力远远高于萘系等其它减水剂,可以满足混凝土塌落度损失控制的要求,能够同时适应建筑工程对混凝土多种性能的要求,具有良好的研究开发前景[21]。众所周知,混凝土化学外加剂的发展是以减水剂的研究开发为基础的,几种性能不同的外加剂可能同时用于配制某种特定性能的混凝土,在实际应用过程中常将多种外加剂一起复合成新型的外加剂,混凝土减水剂经常是其它外加剂的主要载体。自20世纪90年代初高性能混凝土概念的提出以来,高性能减水剂的研究非常活跃。 由于聚羧酸系减水剂的减水率比萘系减水剂高得多、并且流动保持性能更好,适用于配制大掺量粉煤灰或大掺量矿渣混凝土、喷射超塑化混凝土、纤维增强流动性混凝土及高强高流动性混凝土,新型特种混凝土的相继开发应