摘 要

功能性AA-TPEG共聚物是高效聚羧酸减水剂（PCEs）的主要成分，高效聚羧酸减水剂因其分子结构可设计性强等优点，一直广受建筑行业的青睐，然而现阶段我国对于减水剂的合成条件、分子结构参数、应用性能等方面的研究仍处于理论阶段，这就使其在理论与实践的结合上存在一定的困难。本文以TPEG、AA、MA、IPA、APS为原料，通过水溶液聚合的方法，以红外光谱、凝胶渗透色谱为表征手段，探究MA及引发剂用量对其分子结构参数的影响，并通过对其表面张力、Zeta电位等测量，研究共聚物分子结构参数对水泥浆体分散性能的影响。其结果表明：制备功能性AA-TPEG的最佳工艺条件：TPEG：AA：MA=1：4：0.5，引发剂用量5%，链转移剂用量10%；聚合物分子结构参数中支链密度、羧基数量对水泥浆体分散性具有重要影响。

关键词：功能性AA-TPEG共聚物，合成条件，分子结构参数，水泥浆体分散性

Abstract

AA-TPEG functional copolymer is a main component of efficient polycarboxylate superplasticizer. Because efficient its molecular structure that can be designed and changed artificially, Polycarboxylate superplasticizer has been favored by the construction industry. However, there exist some difficulties when theories of polycarboxylate superplasticizer is used in practical industry for our country’s current condition that the studies of polycarboxylate superplasticizer, including they synthesis conditions, molecular structure parameters, application performance and other aspects of the researches, is still in the theoretical stage. This essay used TPEG, AA, MA, IPA, APS as raw materials, and used FT-IR, GPC to characterize the means with aqueous solution polymerization, to explore the effect of MA and the amount of initiator used on superplasticizer. Meanwhile, by measuring the surface tension and Zeta potential, studied the effect of copolymer molecular structure on cement mortar dispersion. The results showed that the optimum conditions of synthesis of functional AA-TPEG copolymer: proportion of AA, MA and TPEG is 1:4:0.5, the addition of initiator is 5%, the use of transfer is 10%; The density of branched chain in polymer molecular structure parameters and the number of carboxyl have important impact on the cement mortar dispersion.

Key words: AA-TPEG functional copolymer; Synthetic condition; Molecular structure parameters; Cement mortar dispersion 

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1引言 1

1.2 减水剂的发展及现状 2

1.3 聚羧酸减水剂国内外研究现状 2

1.4 聚羧酸减水剂的分子结构特征及其性质 4

1.5 醚类聚羧酸减水剂的研究进展 4

1.5.1 聚羧酸减水剂的合成工艺方法 5

1.5.2 聚羧酸减水剂的作用机理研究现状 5

1.6研究目的、意义及内容 7

1.6.1研究目的、意义 7

1.6.2研究内容 7

第二章 实验内容 8

2.1实验原料 8

2.2实验仪器 8

2.3实验内容 9

2.3.1实验方案 9

2.3.2实验步骤 9

2.4结构表征及性能测试 10

2.4.1 固含量 10

2.4.2凝胶渗透色谱法（GPC） 10

2.4.3傅立叶红外光谱 10

2.4.4表面张力测试 10

2.4.5 Zeta电位的测试 11

第三章 结果与讨论 12

3.1红外光谱 12

3.2功能性AA-TPEG合成工艺参数的确定 13

3.2.1粘度 13

3.2.2表面张力 13

3.3 GPC 15

3.4 Zeta电位 17

3.4.1Zeta电位与表面张力 17

3.4.2 Zeta电位对比分析 18

第四章 结 论 19

参考文献 20

致 谢 22

第一章 绪 论

1.1引言

步入二十一世纪，随着经济的迅猛发展，建筑行业也呈现出一种蓬勃发展的趋势，建筑行业的长远发展对混凝土的性能提出了更高的要求。混凝土在建筑行业中扮演着一个重要的角色，已经成为了人类生活中使用最为广泛的建筑工程类材料。我国每年生产混凝土的量大约有几十亿吨，混凝土如今在房屋、公路、铁路、桥梁等各种建设工程中，都起到了不可替代的作用。混凝土是一种以水泥为胶凝材料，集料为砂、石和水（加或者不加外加剂）按照一定配比搅拌混合而成的一种建筑材料^[1]。混凝土作为一种被大量需求而又传统的建筑材料，迫切的需要提高自身性能以适应整个技术行业的发展。混凝土拌合物强度从初期的中低强度进化到现阶段的中高强度，性能也从早期的干硬性发展到如今的具有的大流动性和塑性，混凝土的整体性能已逐渐开始从原来的一般性能向高性能方向转变，并且将会具有越来越突出的高性能混凝土涌现出来。由于混凝土在结构上存在着跨度大、体积大和机械化施工等特点，而这些特点就在根本上决定了今后混凝土的发展方向一定是具有较高的工作性能、突出的力学性能以及耐久性能高的混凝土，为了使其搅拌技术进步，我们就要从原材料的品种更新与原材料合成技术的进步做出改进^[2]。在混凝土中加入外加剂后，混凝土的孔隙率能被有效的降低，强度得到提高、硬化速度变慢以及其他混凝土的工作性能都会受到改变，正因为如此，才有了混凝土外加剂的出现。如今外加剂性能已经成为了影响混凝土性能发展的主要因素，外加剂技术的进步在混凝土的发展过程中发挥着越来越重要的作用。

因此混凝土外加剂技术的进步将在很大程度上决定了混凝土技术的进步。外加剂能够使混凝土满足不同的操作要求，能够在一定程度上降低建筑施工能耗、减少施工原料污染、节约建筑施工时间、减少工程投资。而减水剂作为混凝土外加剂的重要组成部分，能够在很大程度上降低混凝土在拌合过程中的单位用水量而保持其坍落度不被改变，并且其强度能够被大幅度提高，同时其工作性会被提高，泌水性、抗冻性、抗渗性以及耐腐蚀性等性能得到了有效的改善，使其使用年限增加 ^[3]。减水剂作为目前不论从研究还是应用都最为广泛的混凝土外加剂，它可以大幅度的改善混凝土的流动性能，利于施工，施工效率被大幅度的提高，可以减少拌合时所需的水量、降低水灰比。同时，在混凝土有着几乎相同的和易性和强度的条件下，减水剂的使用可以减少水泥用量，这样可以节约成本，同时对混凝土的强度也有一定的帮助作用，再者还可以减少由于干缩等不良因素引起混凝土缺陷的影响，配制出更加符合实际工程应用的高性能混凝土^[4-6]。减水剂的研究与应用大大的推进了混凝土技术的进步，促进了建筑施工方面的发展，与此同时，由于建筑施工技术的进步，建筑结构功能多样化与日益复杂化，又对混凝土的性能提出了更高的要求，所以科研人员迫切的需要研究出更加高性能的减水剂，以适应不同建筑与环境对混凝土的要求。然而，长期以来对减水剂的各种研究一直都是理论落后于实践，缺乏系统研究，所以使得减水剂性能与应用的深入研究受到基础研究的制约，表现出很大的盲目性，很多应用问题等不到解决，所以基础研究需要得到研究人员的足够重视。

1.2 减水剂的发展及现状

减水剂从其发展的历程可以分为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、聚羧酸系减水剂等几代^[7]。木质素磺酸盐类减水剂是出现最早的一类减水剂，它主要是日本、欧洲等发达国家最早使用的主要应用于道路、隧道等项目的建设中的减水剂，它为网状结构，以未被磺化的原木质素三维网络分子为中心，外围分布着带有不同阳离子的侧链。它的减水率仅为8-10%，存在严重的缓凝现象，会在混凝土的使用过程中引入大量的空气，严重影响混凝土的强度及其耐久性^[8-10]。第二代减水剂是萘系减水剂，是我国在20世纪80年代时期在道路、桥梁等建筑项目中应用较为广泛的减水剂，它是分子中仅含有磺酸基团的少侧链的线型结构^[11]。它的减水率高出了木质素磺酸盐减水剂，可以达到10-25%左右，但是它在使用的过程中会很大程度上损失混凝土的坍落度，而且它与水泥的适应性也不够好，使混凝土的使用的成本大大提高，同时因为其在生产过程中使用到了硫酸和甲醛等原料，会对环境造成较大的污染^[1]。