JM-PCA(Ⅱ)高减水型混凝土外加剂分子结构设计

JM-PCA(Ⅱ)型混凝土外加剂(超塑化剂)的特点是饱和掺量高,减水率大(最大可达40%以上)。

(1)设计理念

多数学者认为具有短接枝侧链的梳形共聚物由于空间位阻效应较弱,其分散性能较低,但分散保持性很好;而具有较长接枝侧链的共聚物由于空间位阻效应很强对早期流动性能有利,但流动性的保持能力很差。因此要提高其分散性能必须在主链中引入大量的长聚醚侧链提供空间位阻,从而可以提供其良好的分散性能。

水泥体系是高盐、高pH值体系,而羧酸类接枝共聚物中吸附基团一般为COOH基团,其分子构象受到盐浓度尤其是Ca2+浓度的影响很大,如果构象在水泥体系中比较蟋缩,则吸附比较慢,同时提供的空间位阻也比较低,不利于混凝土分散。而目前在三次采油领域中的两性聚电解质(含有阴、阳离子),由于其良好的耐温、抗盐性能而成为研究热点。因此借鉴两性聚电解质的研究思路和研究成果,可以把羧酸类接枝共聚物主链设计成两性聚合物,降低其对无机盐离子的敏感性,保持其伸展构象,同时还可以改变其在水泥颗粒表面的吸附行为,从而提高其分散性能。

在共聚物中提高了长侧链的比例,必然导致其坍落度保持能力降低,因此必须解决分散和保坍之间的矛盾。从已有的研究成果来看,分子量对保坍性能的影响很大,一般在一个相当宽的范围内,聚合物具有良好的分散性。通过引入能够发生交联反应的聚合物或单体,使得羧酸聚合物发生部分交联反应,部分交联后的羧酸类共聚物在水泥浆体的碱性环境中水解,逐渐转化为具有分散功能的低分子聚合物,从而达到提高坍落度、保持性能的目的。

(2)JM-PCA(Ⅱ)超塑化剂分子结构设

计及分子结构模型通过对羧酸类接枝共聚物作用机理以及两性聚电解质溶液特征的深入分析和实验,在拟合成的聚合物中引入较大比例的长聚醚侧链提供空间位阻,从而获得良好的分散性能。在主链中引入适当比例的阴、阳离子基团,提供吸附点和静电排斥,同时可以有利于保持聚合物的伸展溶液构象。在侧链中还适当引入双官能团化合物,使得羧酸聚合物发生部分交联反应,部分交联后的羧酸类聚合物在水泥浆体的碱性环境中水解,逐渐转化为具有分散功能的低分子聚合物,从而达到提高坍落度保持性能的目的。通过调控长侧链的比例、阴阳离子基团的含量、主链分子量大小、交联密度,就可以实现分散和分散保持性的统一。其分子结构模型示意图如2-35所示。

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