不同结构PCE调控锂渣复合水泥性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景

随着工业化步伐的逐渐迈进，工程建设施工的大力发展，聚羧酸减水剂在我国的应用更加普遍但同时聚羧酸减水剂的发展也处于瓶颈阶段，一方面受制于上游原材料聚醚或聚酯的成本限制，聚羧酸减水剂不能更好地推广与应用，很多人仍在使用萘系或脂肪族系减水剂，另一方面，聚羧酸减水剂的减水率及保坍性能很难现行基础上进一步提高许多的研发工作都只是在原有体系上的改进，并没有新的合成体系诞生。虽然系统研究新型高性能聚羧酸减水剂仍存在很多困难，但研究新型高性能聚羧酸减水剂仍具有重要的理论意义和实用价值。 高效减水剂作为一种重要的外加剂，主要用于降低水泥浆体中水的初始加入量，使其具有良好的流动性。这种液体含量的减少导致硬化材料孔隙率降低，机械强度提高从而延长混凝土的使用年限。聚羧酸高效减水剂是于1981年回发明的第三代高性能减水剂。基于PCE梳状共聚物同时具有羧基和聚环氧Z烷侧链的结构[1]，PCE共聚物可以产生静电排斥和空间位阻，因此具有比前两代减水剂更好的性能，如高的减水率、长时间的流动保持性和环保性能等。同时因为其分子结构可设计性强，现在除减水型外，已经衍生出了保坍、早强、抗泥等不同功能的聚羧酸减水剂(PCEs)以面对不同的施工环境和砂石质量的要求[2]。这使得PCEs不仅在混凝土技术中得到了广泛的应用[3],还成为了学者们研究的热点。研究人员通过设计不同的结构减水剂，以研究结构与性能的关系，并期望开发性能更好的各种减水剂。 目前主要研究聚羧酸减水剂分子量及构象对其性能的影响。利用凝胶渗透色谱仪测试了聚羧酸减水剂的分子量及其构象，发现侧链密度和主链长度对聚羧酸减水剂的分子量和构象有较大影响，当聚醚与链转移剂的摩尔比值（E/T）一定时，减小其侧链密度，样品在高分子量段的分子数逐渐增加，其平均分子量呈现逐渐增加的趋势，同时其分子构象越来越卷曲；当侧链密度（酸醚比）一定时，减小其主链长度，样品的分子量及其分布逐渐减小，且其分子构象越来越伸展[4]。聚羧酸减水剂分子量及其构象的变化直接影响其性能，研究发现当分子量及其构象适中时，样品的性能达到最优。而且由于聚羧酸减水剂分子式呈梳形主链上含有较多的活力官能团而且极性较强这些官能团有硫磺酸官能团(-SO2H)、羧酸官能团(-COOH)、羟基官能团(-OH)和聚氧烷丙烯基团[-(CH2CH20)m-R]等[5]。各官能团对水泥浆体的作用是不同的,如硫酸基的分散性好;羧酸基除有较好的分散性外,还有缓凝效果;羽基不仅具备级斑作用,还能起到浸透测湿的作用;聚氧烷基类官能团具备保持流动性的作用。侧链含有亲水性的活力官能团而且链较长可表现出很大的立体斥力效用[6]。分子式自由度非常大外加剂生成时可操纵的主要参数多 性能化的潜力大。根据操纵主链的聚合度、侧链(长度、类型)、官能团(种类、数量及部位)、分子量大小及遍布等主要参数可对其开展分子式的设计方案研发生产制造出能更切实解决品类减水提高、引气、缓凝、保水等问题的外加剂产品[7]。由于上述与众不同的结构,聚羧酸系减水剂表现出一系列非常优异的特性特别是掺量低、分散性高。 在研究的过程还有几个问题：第一，因为合成过程绝大多数都是在水介质中完成的，单体之间的相互作用较为复杂，因此产品的合成机理难以解释；第二，减水剂的分子结构很难表征，因此其结构和性能之间的关系很难阐明；第三，聚羧酸与其它添加剂相容性差，一起使用时通常会导致坍落度损失快等不良后果；第四，当使用聚羧酸作为减水剂时，如果减少单位用水量，则坍落度会增加，此时往往会出现混凝土的粘性过大、泵送困难、减水剂添加量增大、发生离析泌水现象等问题[8]。克服聚羧酸研究过程中的这些难题将对聚羧酸减水剂的广泛应用具有重大意义。 高性能聚羧酸减水剂的研究已成为混凝土材料科学中的一个重要分支，并推动着整个混凝土材料从低技术向高技术发展。研究聚羧酸系减水剂将更多地从混凝土的强度、工作性、耐久性、价格等方面综合考虑[9]。接枝共聚的聚羧酸类减水剂则主要通过不饱和单体在引发剂作用下共聚，将带活性基团的侧链接枝到聚合物的主链上，使其同时具有高效减水、控制塌落度损失和抗收缩、不影响水泥的凝结硬化等作用。 聚羧酸减水剂自身不可替代的优势必将促进聚羧酸高效减水剂工业的迅猛发展。随着合成与表征聚合物减水剂及其化学结构与性能关系的研究不断深入，聚羧酸减水剂将进一步朝高性能多功能化、生态化、国际标准化的方向发展[10]。能获得更好的减水率和更小的塌落度损失，特别是在制备高流动性和低水灰比的混凝土方面具有其它传统的高效减水剂无可比拟的优点，它将是21世纪减水剂系列中的主要品种。

研究目的和意义

2. 研究内容和预期目标