OPC的主要組分是硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)、鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)。水泥與水混合會發生一系列的水合反應。但是,OPC的缺點是在水合反應中屈服應力明顯提高。
水泥漿是液體懸浮物,因此在水合過程中控制聚集對其施工性能非常重要[1,2]。
塑化劑廣泛用于建筑業以提高水泥的加工性能。近十年來,基于聚羧酸酯的塑化劑(PCEs)由于優異的性能而用于新制備混凝土的改性。PCEs具有許多優越之處,例如用量少、分散性好、制備過程無污染等,深入研究其性質與應用倍受關注[3,4]。
PCEs的性質與分子量密切相關。PCEs是以陰離子聚合物為主鏈,醚為側鏈的梳狀共聚物。陰離子可吸附在水泥粒子表面,在水泥粒子間產生靜電排斥力。親水的醚側鏈則促使水泥粒子分離。
PCEs的分散性質源于靜電排斥力和空間阻礙的雙重作用。迄今為止,無論是基礎研究還是工業生產都對PCEs的化學結構改性進行了廣泛的探索,其中大多數集中于改變電荷密度、側鏈長度、主鏈長度以及功能基團組成[5]。
Lei和Plank以甲基丙烯酸和羥烷基甲基丙烯酸酯為原料合成了新型的PCE[6]。研究發現,即使有蒙脫土存在,該PCE在水泥漿中也顯示出優良的分散能力。
Lv等在主鏈和聚(乙二醇)(PEG)支鏈間采用不同的連接基合成了PCEs[7]。他們的結果顯示,該連接基對水泥漿和混凝土的性質有重要影響。
Ren等設計了一系列梳狀兩性聚羧酸(APC)聚合物并將其用作水泥分散劑[8]。結果發現,APC分散劑在水泥中吸附離子而起到了錨定作用。APC也影響水合反應,它延遲產生鈣礬石,影響結晶焓以及水合產物的熱穩定性。
樹枝狀增塑劑作用效果圖
樹枝狀大分子是一類含有中心核與發散支鏈的分子。由于獨特的結構、性質和應用前景,樹枝狀聚合物有不同的工業用途,如絮凝劑、增稠劑、穩定劑和分散劑。
聚酰胺-胺(PAMAM)具有高度支化結構,支化度隨代數提高,結構高度幾何對稱,分子結構精確,分子質量可控。
雖然其合成需經冗長和重復的反應,但PAMAM是應用最為廣泛的一類樹枝狀分子。此外,其整代數分子具有多個氨基,這進一步擴展了應用范圍[9-10]。
G0-G2代PAMAM的結構和PAMAM增塑劑前驅體的合成
廣州化學所,中國科學院大學和廣州科學院的 Hongwei Zhao等[11]人采用自由基聚合制備了一系列基于 PAMAM 的塑化劑—PAMAM DPCs (DPC0、DPC1、DPC2)。與 CPC 相比,DPCs 的分散性與分散穩定性較好,可更多的吸附在水泥粒子上,這與水泥漿的優良流動性有關。
樹枝狀增塑劑DPC0的合成
另外發現,在水泥漿中加入 DCPs,水合的早期會延遲和降低熱流峰。流變測試表明,加入 DPCs 能急劇降低水泥漿的聚集,促進由固相向液體黏彈行為的轉變。在室溫水合3和7天,比較于純水泥樣品,水泥/DPC 樣品具有較高的抗壓強度。加入DPC 在水合早期雖有延遲效應,但不影響后續水泥漿的抗壓強度。 |