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有光苯丙建筑乳液BC-3208的研制
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3秒自动关闭窗口无皂苯丙乳液合成及其对水泥基材料性能影响的研究--《吉林建筑大学》2014年硕士论文
无皂苯丙乳液合成及其对水泥基材料性能影响的研究
【摘要】：聚合物改性水泥基复合材料是在水泥拌合过程中掺入聚合物形成的水泥基复合材料，聚合物可赋予水泥基材料较好的工作性能、较高的抗折和拉伸粘结强度以及较好的抗冻、抗渗和抗碳化性能。聚合物改性水泥基材料主要用于现存混凝土结构的加固和修补、防腐蚀工程、路面的维修和铺面材料、防水材料和胶黏剂等。当前，用于水泥基材料改性的聚合物主要是聚合物乳液，以往所用的聚合物乳液是通过大量的非离子型、阴离子型和阳离子型表面活性剂以及保护胶体稳定，采用表面活性剂和保护胶体的稳定体系将对水泥基材料性能产生不利影响。
本文为了克服表面活性剂和保护胶体的存在对水泥基材料性能产生不利影响，通过半连续无皂乳液聚合法，以甲基烯丙醇聚氧乙烯醚（VPEG）和甲基丙烯磺酸钠（SMAS）为表面活性共聚单体，过硫酸钾（KPS）为引发剂，制备了一种适于水泥基材料改性的无皂苯丙乳液，并将无皂苯丙乳液掺入水泥基材料中，考察无皂苯丙乳液对水泥基材料性能的影响。具体工作内容如下：
（1）通过正交试验设计和单因素试验法研究反应单体配比、VPEG掺量、SMAS掺量、KPS掺量、聚合反应温度和聚合反应时间对无皂乳液性能的影响，确定无皂苯丙乳液的最佳聚合反应条件。研究聚合过程中消泡剂（磷酸三丁酯）掺量对无皂乳液起泡性能的影响，发现当消泡剂掺量为3%时无皂苯丙乳液起泡性能最弱。并对无皂苯丙乳液的稳定性进行研究，表明乳液稳定性合格。采用FTIR对合成无皂苯丙乳液的分子结构进行了分析，结果表明合成的聚合物为目标产物。
（2）研究无皂苯丙乳液对水泥净浆标准稠度、凝结时间的影响，无皂苯丙乳液掺量增加标准稠度用水量降低，聚灰比为3%时减水率达到15.2%；聚灰比对净浆的初凝时间影响不大，但对水泥净浆的终凝时间影响不同，当聚灰比小于2%时对水泥净浆的终凝时间影响较小，聚灰比大于2%时影响较大。
（3）固定水灰比为0.5、胶砂比为1:3，在不同养护制度和在无皂乳液合成过程中掺加消泡剂的情况下，研究了无皂苯丙乳液掺量对水泥基材料性能的影响。结果表明，随着无皂苯丙乳液掺量增加改性砂浆的工作性能得到改善；当无皂苯丙乳液掺量为1%时改性砂浆力学性能最佳，几乎不会对改性水泥基材料早期力学性能产生影响；采用7d标养，21d干养的养护制度改性砂浆力学性能较其他养护制度为最佳；聚合过程中消泡剂的掺入将显著改善无皂苯丙乳液改性水泥砂浆的力学性能、抗冻性能和改性混凝土的抗氯离子渗透性能，消泡剂对改性砂浆的抗冻性能改善较明显，对改性混凝土的抗氯离子渗透性能影响较小。
（4）采用XRD分析无皂苯丙乳液对水泥水化的影响，发现无皂苯丙乳液的加入促进了水泥水化，并降低氢氧化钙的生成量。采用FTIR分析无皂苯丙乳液与水泥水化产物氢氧化钙之间相互作用，发现无皂苯丙乳液可能与水泥水化物中氢氧化钙发生相互作用。采用SEM研究改性水泥砂浆的微观结构，发现无皂苯丙乳液可显著改善水泥基材料中界面过渡区结构，并在水泥基体中形成了连续的三维网状结构。
【关键词】：
【学位授予单位】：吉林建筑大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TU528【目录】：
摘要6-8abstract8-16第1章 绪论16-31 1.1 引言16-18
1.1.1 涵义16
1.1.2 聚合物改性水泥基材料发展概述16-17
1.1.3 水泥基材料改性用聚合物种类及其性能要求17-18 1.2 无皂乳液聚合18-22
1.2.1 无皂乳液聚合的发展概述18
1.2.2 无皂乳液成核及增长机理18-20
1.2.2.1 均相成核机理18-19
1.2.2.2 齐聚物胶束成核机理19-20
1.2.3 无皂乳液的稳定机理20
1.2.4 无皂乳液的合成方法20-22
1.2.4.1 引发剂碎片法20
1.2.4.2 水溶性共聚单体法20
1.2.4.3 反应性表面活性剂20-21
1.2.4.4 有机助溶剂法21
1.2.4.5 无机粉末法21-22
1.2.5 无皂乳液聚合的研究现状22 1.3 聚合物改性水泥基材料22-27
1.3.1 聚合物改性水泥基材料机理研究22-24
1.3.1.1 Ohama 模型22-24
1.3.1.2 Konietzko 模型24
1.3.1.3 Puterman 与 Malorny 模型24
1.3.2 聚合物对水泥基材料性能影响与相互作用24-27
1.3.2.1 聚合物对新拌水泥基材料性能的影响24-25
1.3.2.2 聚合物对水泥基材料孔隙结构的影响25
1.3.2.3 聚合物与硬化水泥浆体形成互穿基质的三维网状结构25
1.3.2.4 聚合物对水泥水化的影响25-26
1.3.2.5 聚合物与水泥基材料之间的化学作用26-27 1.4 聚合物改性水泥基材料最新研究概述27-28 1.5 水泥基材料改性用聚合物存在的问题28 1.6 本文研究的意义和内容28-30
1.6.1 研究意义28-29
1.6.2 研究内容29-30 1.7 本文创新点30-31第2章 实验原料与测试方法31-40 2.1 实验主要原材料及仪器设备31-33
2.1.1 实验主要原料31
2.1.2 实验所用水泥和砂31-32
2.1.3 实验仪器及设备32-33 2.2 无皂苯丙乳液性能测试与表征33-35
2.2.1 乳液凝胶率、固含量和单体转化率33-34
2.2.2 最低成膜温度测定34
2.2.3 乳液稳定性测定34-35
2.2.3.1 聚合稳定性34
2.2.3.2 存储稳定性34
2.2.3.3 稀释稳定性34
2.2.3.4 对 PH 值的稳定性34
2.2.3.5 钙离子稳定性34-35
2.2.4 粒径分析35
2.2.5 红外分析35 2.3 无皂苯丙乳液改性水泥基材料性能测试与表征35-40
2.3.1 无皂苯丙乳液对水泥标准稠度用水量、凝结时间的测定35
2.3.2 新拌无皂苯丙乳液改性砂浆性能35-36
2.3.2.1 苯丙无皂乳液改性水泥砂浆稠度测定35
2.3.2.2 苯丙无皂乳液改性水泥砂浆的保水率测定35-36
2.3.3 苯丙无皂乳液改性砂浆力学性能36-37
2.3.3.1 抗折强度测试36
2.3.3.2 抗压强度测试36-37
2.3.4 改性砂浆吸水率试验37
2.3.5 抗冻融性能测试37-38
2.3.6 抗氯离子渗透性能测试38
2.3.7 红外光谱分析38-39
2.3.8 X-射线衍射分析39
2.3.9 改性水泥砂浆微观结构性能分析39-40第3章 无皂苯丙乳液的制备及其性能表征40-55 3.1 正交试验设计40-41 3.2 无皂苯丙乳液的制备41-42
3.2.1 无皂苯丙乳液合成工艺研究41
3.2.2 无皂苯丙乳液的合成步骤41-42 3.3 结果与讨论42-54
3.3.1 单体配比对苯丙无皂乳液最低成膜温度的影响43
3.3.2 引发剂用量的确定43-45
3.3.3 甲基烯丙醇聚氧乙烯醚（VPEG）用量的确定45-47
3.3.4 聚合反应温度的确定47-48
3.3.5 聚合反应时间的确定48-50
3.3.6 甲基丙烯磺酸钠对无皂苯丙乳液聚合的影响50-51
3.3.7 消泡剂掺量对无皂苯丙乳液性能的影响51
3.3.8 苯丙无皂乳液的稳定性51-52
3.3.8.1 聚合稳定性51-52
3.3.8.2 存储稳定性52
3.3.8.3 稀释稳定性52
3.3.8.4 PH 值稳定性52
3.3.8.5 钙离子稳定性52
3.3.9 红外分析52-54 3.4 本章小结54-55第4章 无皂苯丙乳液对水泥砂浆性能的影响55-84 4.1 无皂苯丙乳液制备及其性能55 4.2 苯丙无皂乳液改性砂浆试体制备及养护55-56
4.2.1 聚合物改性水泥砂浆制备55-56
4.2.2 养护制度56 4.3 结果和讨论56-82
4.3.1 聚合物对水泥标准稠度用水量及凝结时间的影响56-58
4.3.2 聚合物对新拌水泥砂浆性能的影响58-60
4.3.2.1 聚合物对新拌水泥砂浆稠度的影响58-59
4.3.2.2 聚合物对水泥砂浆保水性能的影响59-60
4.3.2.3 聚合物对改性砂浆体积密度的影响60
4.3.3 苯丙无皂乳液对水泥砂浆力学性能的影响60-66
4.3.3.1 龄期对改性水泥砂浆力学性能的影响60-63
4.3.3.2 养护制度对改性水泥砂浆力学性能的影响63-66
4.3.4 含有消泡剂的无皂苯丙乳液对改性水泥砂浆性能的影响66-67
4.3.5 改性水泥砂浆的吸水率67-69
4.3.6 改性水泥混凝土抗氯离子渗透性69-72
4.3.7 改性水泥砂浆抗冻性能72-74
4.3.8 FTIR 分析74-76
4.3.9 XRD 分析76-79
4.3.10 SEM 分析79-82 4.4 无皂苯丙乳液改性水泥基材料机理分析82 4.5 本章小结82-84结论84-87参考文献87-93攻读硕士学位期间发表的论文、获奖、参与科研项目93-94致谢94
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