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1、新型聚羧酸系高性能减水剂技术现代建筑工程的快速发展对混凝土的要求越来越高，而混凝土材料及其应用技术 的发展已强烈地依赖于减水剂的性能。聚羧酸系高性能减水剂以高的减水率、坍落度 损失低、安全环保等优点，日益受到学术界、产业界的广泛关注。因此研究开发性能 更优异、适用性更强的新型聚羧酸系产品具有重要的理论和应用价值，也是今后混凝 土外加剂发展的主要方向。本论文利用一种自制新型单体N-甘氨酸基马来酰氨酸(GMA)，结合其它原料合成 新结构的聚羧酸系高效减水剂，对其合成工艺条件及性能进行了详细地探讨研究，通 过不同的对比试验组进一步通过单因素分析及合成工艺的优化，确定了四元共聚的最 优工艺条件为：n(
2、GMA):n(AA):n(SAS):n(APEG)=1.7:1.4:0.6:l,引发剂用量为单体总量 的4.5wt%，反应温度75C，反应时间4h,得到的聚羧酸减水剂PC-N1具有良好的分散 性及保塑性。关键词：建筑工程；高性能减水剂；聚羧酸；单体；应用性能The Study on Synthesis and Property ofPolycarboxylic Acid SuperplasticizerAbstractThe rapid development of modern architectural engineering has an increasingly demand on t
3、he concrete, and concrete materials and their application technology development has strongly depends on the performance of the reducing agent. The polycarboxylic acid superplasticizer has been paid more and more attention by concrete engineering world, because of its higher water-reducing ratio, lo
4、wer slump loss, and excellent enhancement effect. Research and development of new product with more excellent performance and applicability has important theoretical and practical value, which is also the main development direction of concrete additive.In this paper, A self-made new-style monomer N-
5、glycinymaleamic acid (denoted as GMA) was used and combined with other materials to synthesize a polycarboxylic acid superplasticizer with new structure, and its synthesis process and properties were discussed in detail. Through the comparison of different groups. Further, four-substance copolymeriz
6、ed optimal conditions were determined by single factor analysis and synthesis process optimization, that was, GMA/AA/SAS/APEG mole ratio of 1.7:1.4:0.6:1, the initiator dosage of 4.5wt%, the reaction temperature of 75 C, the reaction time of 4h, and the copolymer PC-N1 possessed preferable dispersio
7、n and slump retention ability.Keywords：architectural engineering; superplasticizer; polycarboxylic acid; monomer; application performance目录1 绪 论 11.1 减水剂概述 11.1.1 减水剂的定义及研究意义 11.1.2 减水剂发展阶段及分类 21.2 聚羧酸系高性能减水剂的特点 31.2.1 聚羧酸系减水剂分子结构性能特点 31.2.2 掺聚羧酸系高性能减水剂混凝土的性能特点 41.3 聚羧酸系高性能减水剂的作用机理 51.4 聚羧酸系高性能减水剂的合
8、成方法 51.4.1 可聚合单体直接共聚 51.4.2 先聚合后酯化 61.4.3 原位聚合与接枝 71.5 聚羧酸系减水剂研究与发展现状 71.6 聚羧酸系减水剂的实际应用问题 81.7 本课题研究的目的意义和内容 82 新型聚羧酸减水剂的合成研究 92.1 实验部分 92.1.1 主要药品及纯度 92.1.2 分子设计 102.1.3 反应机理 112.1.4 实验步骤 122.2 实验结果分析与讨论 123 结 论 15参考文献 15致 谢 错误！未定义书签。目前，工程上对于高性能混凝土的配制需求日益增多，对其要求也越来越严格。 在配制高性能混凝土时，为了提高混凝土密实性、强度和耐久性，
9、必须降低水胶比。 低水胶比将导致混凝土的粘稠度增加，流变性变差，施工困难。解决这一矛盾最有效 最现实的途径就是掺入高效减水剂。因此，研制成本低、综合效益好的高效减水剂已 经迫在眉睫。高效减水剂作为高性能混凝土的重要组成部分，越来越多地受到工程技 术人员的重视，其市场前景和应用价值都不可估量。所谓高效减水剂是一种重要的混凝土外加剂，是新型建筑材料支柱产业的重要产 品之一。近年来，随着混凝土结构物朝着大型化、高层化方向发展，工程施工更趋于 机械化，要求混凝土具有高流动性、高强度、高耐久性，第二代减水剂已明显不能满 足混凝土技术的要求，制约了混凝土的发展。而以聚羧酸系为代表的第三代高性能减 水剂以其
10、高减水率、高分散性和高保坍性等优点，成为国内外公认的环保型高性能减 水剂，是当前混凝土外加剂行业研究发展的重点与热点1。我国由于对聚羧酸减水剂的研发水平还处于初级阶段，其技术水平还不高，存在 着性能较单一、适应性差、成本过高的缺点，限制了其发展及应用。因此，研究开发 性能优异、价位低的聚羧酸高性能减水剂无论对满足高性能混凝土的要求，还是代替 萘系产品进入民用建设的全面推广应用都具有重要的实际意义。1.1 减水剂概述1.1.1 减水剂的定义及研究意义混凝土外加剂是一种除水泥、砂、石和水之外在混凝土搅拌之前或拌制过程中加 入的、用以改善新拌和硬化混凝土性能的材料。混凝土外加剂的特点是掺量少、作用
11、大，掺少量外加剂可以改善新拌混凝土的工作性能，提高硬化混凝土的物理学性能和 耐久性。自二十世纪三十年代开始使用以来，混凝土外加剂不断得到发展和应用，已 成为混凝土配比中不可缺少的第五组分，其产品的优劣，直接影响到我国每年投资上 万亿元的基础设施混凝土工程质量的好坏、耐久性和使用寿命，影响到国家经济建设 和社会效益2。混凝土外加剂主要包括减水剂、速凝剂、缓凝剂、早强剂、引气剂、 防水剂等3。在众多混凝土外加剂中，减水剂是目前研究和使用最广泛的一种外加剂，其使用 量已超过外加剂总量的80%，它的技术水平可以代表整个外加剂的使用水平。其主要 功能是在保持混凝土拌合物坍落度不变的情况下，减少拌合过程的
12、用水量，改善拌合 物的流变性能及提高混凝土的强度和耐久性等。减水剂属于改善混凝土拌合物流变性 能的外加剂之一，又称高性能外加剂、分散剂、超塑化剂，国内外将其分为标准型、 引气型、缓凝型、早强型等4。1.1.2 减水剂发展阶段及分类现代混凝土减水剂技术的发展，是现代混凝土技术发展的关键，所以混凝土减水 剂技术的创新与发展一直是混凝土外加剂行业发展的重点与热点。一般认为，减水剂的发展分为以下三个阶段：以木钙为代表的第一代普通减水剂 阶段、以萘系为主要代表的第二代高效减水剂阶段和目前以聚羧酸盐为代表的第三代 高性能减水剂阶段。当然减水剂的这三个发展阶段并不是截然分开的，而是相互交叉 的发展过程5。由
13、于高效减水剂的品种很多，因此分类方法也多种多样。根据主要成分的化学性 质可以分为以下几类：单环芳烃型、多环芳烃型、杂环型、脂肪族型和其他类型。(1) 单环芳烃型主要指聚合物憎水主链由苯基和亚甲基交替连接而成，而在主链的单环上可接有 -so3h、-oh、-nh2和-COOH等亲水性的官能团。这类减水剂不仅减水率很高，而且在侧基种类适宜的条件下可以有效地控制坍落 度经时损失，但由于生产成本相对较高，国内多将其用来和萘系减水剂进行复配使用 缺点是对掺量敏感，稍过量就极易泌水，影响硬化混凝土力学性能和耐久性。(2) 多环芳烃型包括萘系和蒽系。其结构特点是以亚甲基连接的双环或多环的芳烃为憎水性的主 链，
14、亲水性的官能团则是连在芳环上的-SO3 H等。该类减水剂的减水率较高(最大可达 25以上)，基本不影响混凝土的凝结时间，引气量低(小于2)，但是坍落度损失较快(3) 杂环型该类减水剂主要是由三聚氰胺、甲醛和亚硫酸氢钠按一定摩尔比，在一定反应条 件下缩聚成的杂环型减水剂，主要以三聚氰胺系减水剂为主。其结构特点是憎水性主 链为亚甲基连接的含N或含0的六元或五元杂环，亲水性的官能团则是连在杂环上-S03H等官能团的取代支链。该类减水剂属于低引气型，无缓凝作用，减水率略低于 萘系减水剂，坍落度损失较快。(4) 脂肪族型高效减水剂 包括聚羧酸系减水剂、脂肪族磺酸系减水剂等，其结构特点是以脂肪族的烃类为憎
15、水性的主链，亲水性的官能团则是侧链上所连的-SO3H、-COOH、-OH或聚氧烷基 EO长侧链等。其中脂肪族磺酸系减水剂掺量低，但有一定的坍落度损失，属早强非引 气型减水剂；聚羧酸型减水剂由于其减水率高(可达30%40%),配制的高性能混凝土 工作性好，不离析，不泌水，且掺量低、与水泥适应性好，坍落度保持性能优异，强 度增长明显，生产及使用过程中无任何污染，近年来广受关注，成为研究重点，是萘 系高效减水剂理想的更新换代产品7。(5) 其他高效减水剂包括改性木质素磺酸盐系和磺化煤焦油系减水剂等，其特点是结构比较复杂，憎 水性的主链可以包括含芳烃、脂肪烃和脂环烃等，亲水性官能团的种类和分布也比较
16、复杂。1.2 聚羧酸系高性能减水剂的特点1.2.1 聚羧酸系减水剂分子结构性能特点首先在聚羧酸系减水剂的分子上其主链带有较多的活性基团，并且极性较强。如羧酸基团(-COO H)、磺酸基团(-SO3H)、羟基基团(-0 H)、聚氧烷基烯基团 (-(CH2CH2O)m-R )等。各基团对水泥浆体的作用是不相同的，一般认为，羧酸基除有较 好的分散性外，还有缓凝效果；羟基不仅具有缓凝作用，还能起到浸透润湿的作用； 聚氧烷基类基团具有保持流动性的作用。再次其分子结构呈梳形、自由度大，合成时可控制的参数多、高性能化的潜力大。 可通过合成工艺控制主链的聚合度、侧链的长度及类型、官能团的种类、数量及位置、 分子量大小及
