XXXX大学毕业论文开题报告表
班级： 姓名：
论文题目 聚羧酸高效减水剂的合成及性能测试 一、选题背景和意义 20世纪60年代初，国外市场上出现了三种高效减水剂（或称超塑化剂），它们是萘磺酸甲醛缩合物、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物和三聚氰氨磺酸盐甲醛缩合物。60年代初，日本和德国开始在混凝土中使用高效减水剂。我国在70年代初开始研制高效减水剂，并且相应的品种都能生产，2005年产量约111万吨，产量每年还在增长。 近年来随着建筑结构设计要求不断提高及混凝土外加剂应用技术的迅猛发展，现在的施工对混凝土坍落度、强度、抗渗、抗折、抗冻等方面的要求越来越高，普通的减水剂已经难以满足施工要求。高效减水剂的发展成为必然。 当前国内配置高强度混凝土都采用高效减水剂，可分为四大类：萘系（Naphthalin）、多羧酸系（Polycarboxylic acid）、三氰胺系（Melamine）、氨基磺酸系（Aminosulfonic acid）。以上所述四大类高效减水剂，是以这四类成分为主体分类。在日本都统称为高性能AE减水剂。能使单方混凝土用水量减少20%-30%。与普通减水剂相比，高效减水剂即使用量较大，坍落度达到20cm-30cm,也不会造成过分的泌水而出现离析现象及延缓凝结时间。 聚羧酸高效减水剂是一类分子结构呈梳形、含多羧基的聚合物表面活性剂，在低掺量下，不改变混凝土施工性能的同时能大幅度地减少混凝土用水量，并显著地提高混凝土的强度；或在低水胶比时显著地改变混凝土的工作性，且坍落度经时损失小。其掺量低、减水率高、保坍性能高、混凝土收缩率低、与水泥相容性较好、分子结构上可调性强、高性能化的潜力大以及环保等优点使其越来越受到土木界研究者的广泛关注。 高性能混凝土和特种砂浆的发展使得聚羧酸系高性能减水剂将成为未来外加剂的发展和应用的趋势。作为目前世界上公认的各项性能指标优良的减水剂，聚羧酸系高性能减水剂表现出了一系列非常优异的性能。通常主要表现在一下几个方面： - 1 -
（1）掺量低，分散性高。减水率高达30%以上，在0.2%-0.5%的掺量下就可以赋予混凝土和砂浆较高的流动性； （2）保坍性好，90min内坍落度基本不损失； （3）在相同流动性情况下，对水泥凝结时间影响较小，可很好地解决减水、引气、缓凝、泌水等问题； （4）与水泥、掺和料及其它种类的混凝土外加剂相容性很好，与传统高效减水剂如脂肪族减水剂复配可产生良好的叠加效应； （5）合成高分子原材料品种多样，单体通常有：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、烯丙基磺酸钠等； （6）分子结构上自由度大，聚合途径多样化，合成工艺比较简单，外加剂制造技术上可控制的参数多，高性能化的潜力大； （7）使用聚羧酸类减水剂，可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥，从而能使成本降低，并且为工业废料在混凝土工程中的大量使用提供了技术保证，有利于混凝土的绿色化、高性能化发展； （8）合成过程不使用甲醛，不会对环境造成污染，有利于建筑材料的可持续性发展。 二、课题关键问题及难点 1、聚羧酸混凝土高效减水剂的制备。 2、制备的聚羧酸高效减水剂的性能测试。 3、聚羧酸混凝土高效减水剂对混凝土坍落度的影响。 4、聚羧酸混凝土高效减水剂与其它减水剂的对比。 5、根据实验研究的实验结果探求理论上的阐释以期达到指导、推广普及的效果。 三、调研报告（或文献综述） 1、聚羧酸减水剂的合成研究 聚羧酸采用工业萘经硫酸磺化后生成β-萘磺酸，在催化剂作用下，β-萘磺酸与甲醛缩合成β-萘磺酸甲醛缩合物，再经碱结合得其盐。产品中的硫酸钠可经石灰反应生成硫酸钙沉淀而除去。 2、聚羧酸高效减水剂主要性能 - 2 -
（1）掺量低，分散性高。减水率高达30%以上，在0.2%-0.5%的掺量下就可以赋予混凝土和砂浆较高的流动性； （2）保坍性好，90min内坍落度基本不损失； （3）在相同流动性情况下，对水泥凝结时间影响较小，可很好地解决减水、引气、缓凝、泌水等问题； （4）与水泥、掺和料及其它种类的混凝土外加剂相容性很好，与传统高效减水剂如脂肪族减水剂复配可产生良好的叠加效应； （5）合成高分子原材料品种多样，单体通常有：丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、烯丙基磺酸钠等； （6）分子结构上自由度大，聚合途径多样化，合成工艺比较简单，外加剂制造技术上可控制的参数多，高性能化的潜力大； （7）使用聚羧酸类减水剂，可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥，从而能使成本降低，并且为工业废料在混凝土工程中的大量使用提供了技术保证，有利于混凝土的绿色化、高性能化发展； （8）合成过程不使用甲醛，不会对环境造成污染，有利于建筑材料的可持续性发展。 3、聚羧酸高效减水剂主要用途 适应于早强、高强、蒸养、大流动性混凝土以及有特殊要求的混凝土。 【1】张国栋，彭刚，现代混凝土理论与设计。武汉理工大学出版社，2002.5 【2】熊大玉，王小虹．混凝土外加剂【M】．北京化学工业出版社，2002 【3】陈建奎．混凝土外加剂原理与应用【M】．中国计划出版社，2004 【4】石人俊．混凝土外加剂性能及应用【M】．中国铁道出版社，1985 【5】张冠伦．混凝土外加剂性能及应用【M】．中国建筑工业出版社， 1989 【6】王福川，等．土木工程材料【M】．中国建材工业出版社，2001 【7】扬伯科．混凝土实用新技术手册[M】．吉林科学出版社，1998 【8】戚文彬．表面活性剂与分析化学【M】．中国计量出版社，1990 【9】李永德，陈荣军．高性能减水剂的现状与发展方向叨．混凝土与水泥制品，2002 - 3 -
【10】田培．我国混凝土外加剂现状和展望【J】．混凝土，2003 []何廷树等，混凝土外加剂[M].陕西科学技术出版社.2003. 【11】屈志中．苏联研制和生产改性木质素磺酸盐超塑化剂的进展【J】．陕 西建筑出版社，1991 【12】宋波，魏金尤，等．萘系高效减水剂及其应用【J】．上海化工出版社，2002 【13】冯浩，朱清江．混凝土外加剂工程应用手册[M】．中国建筑工业出版社，1999 【14】李崇智，等．氨基璜酸盐高效减水剂的试验研究【J】．混凝土，1999， 【15】李崇智，等．高性能减水剂的研究现状与展望叨．混凝土与水泥制品，2001 四、方案论证 一、原材料和试验方法 1.1 原材料 （1）F-108、F-54、F-26、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、双氧水、VC、AC甲基丙烯磺酸钠、丙烯酸、液碱 （2）聚羧酸混凝土高效减水剂 （3）水泥：P.O.42.5R 1.2 试验方法综述： 1.2.1聚羧酸高效减水剂生产工艺 （1）在1000ml的四口烧瓶中加入一定量的去离子水，按一定比例加入一定量的大单体。 （2）将四口烧瓶固定于铁架台上置于KDM型调温电热套上，安装搅拌器后，通电升温加热并搅拌。 （3）待温度升高到规定温度时加入一定量浓度的氧化剂（双氧水）。 （4）温度控制在规定温度搅拌十分钟后，用两个蠕动泵分别同时滴加一定浓度的小分子单体和一定浓度的相对分子质量调节剂和还原剂（维生素C），小分子单体滴加时间控制在3h，不超过±10min；相对分子质量调节剂和还原剂滴加时间控制在3.0小时，不超过±10min； （5）温度控制在50-80℃，滴完后保温老化1.5h。 （6）反应结束后，冷却至室温，加氢氧化钠溶液中和，控制聚合物的pH值为- 4 -
6.5～7，即得到成品。 1.2.2 本课题采用理论分析和实验研究相结合的方法：参照GB 50119—2003《混凝土外加剂应用技术规范》方法，进行试验。主要通过测定水泥净浆的0 min、30 min、60 min的坍落度和3天、7天、28天混凝土强度，来研究聚羧酸高效减水剂对混凝土性能的影响，水灰比取0.29，用NJ-160A水泥净浆搅拌机搅拌，外加剂与水用电子天平称量，感量0.01g。主要的实验仪器有：电子天平、净浆搅拌机（带六只搅拌锅）、截锥圆模（上口直径36mm、高度60mm、下口直径64mm）、玻璃板（Φ400mm ×5mm）、刮刀、卡尺、秒表。 1）根据本地的市场情况，选取一种目标水泥C-1进行试验。 2）目标水泥C-1与聚羧酸高效减水剂进行坍落度实验研究，聚羧酸减水剂掺量为0.25%，测量水泥净浆的0 min、30 min、60 min掺加聚羧酸高效减水剂和不掺加的水泥净浆流动度。具体的实验步骤： ①、将玻璃板放置在水平位置，用湿布将玻璃板搅拌器及搅拌锅均匀擦拭，使其表面湿而不带水滴； ②、将截锥圆模放在玻璃板中央，并用湿布覆盖待用； ③、称取水泥500g，倒入搅拌锅内； ④、加入145g水(外加剂为水剂时，应扣除其含水量)，搅拌4min； ⑤、将拌好的净浆迅速注入截锥圆模内，用刮刀刮平，将截锥圆模按垂直方向提起，同时，开启秒表计时，至30s 用直尺量取流淌水泥净浆互相垂直的两个方向的最大直径，取平均值作为水泥净浆初始流动度。此水泥净浆不再倒人搅拌锅内； ⑥、已测定过流动度的水泥浆应弃去，不再装入搅拌锅中。水泥净浆停放时，应用湿布覆盖搅拌锅； ⑦、剩留在搅拌锅内的水泥净浆，至加水后30、60min，开启搅拌机，搅拌4min，测定相应时间的水泥净浆流动度。 3）目标水泥C-1与聚羧酸高效减水剂进行混凝土强度实验研究，聚羧酸减水剂掺量为0.5%，测量混凝土3d、7d、28d掺加聚羧酸减水剂和不掺加减水剂的混凝土强度变化。 4）目标水泥C-1和聚羧酸高效减水剂进行混凝土用量研究，聚羧酸减水剂掺量为0.5%，掺加聚羧酸高效减水剂的混凝土水泥用量减少20%，测量掺加聚羧酸- 5 -
毕业论文开题报告-聚羧酸混凝土高效减水剂的合成及性能测试
