基本信息
- 项目名称：
- 聚羧酸高效减水剂作用机理、合成及分子表征
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文以实验为依据，本文提出了新拌水泥浆体的多级絮凝结构模型，本文实验合成了减水率高达41.0%，达到国际先进水平，同时具有净浆流动度大，经时损失小，更好的分散性和流动保持性等优点。
- 详细介绍：
- 聚羧酸系减水剂是一种新型绿色高效减水剂，具有分子结构可设计性、低掺量、高分散性、坍落度损失小、早期强度高、与水泥适应性好、绿色环保节能等特点。本文提出了新拌水泥浆体的多级絮凝结构模型，由此揭示了聚羧酸高性能减水剂的高减水率和高保坍机理，为该类减水剂的复合技术和新品种的开发提供思路。本文选用甲基丙烯酸和甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯为原料，采用水浴法，进行二元自由基共聚反应合成制备聚羧酸减水剂，并通过红外光谱法、氢核磁共振法、凝胶色谱等方法研究了聚羧酸系高效减水剂的性能。结果表明：合成的聚羧酸减水剂含有羟基( - OH) 、羧基( - COO¯ ) 、磺酸基( - SO3¯ ) 、酯基(C - O -C ) 等官能团，减水率高达41.0%，达到国际先进水平，同时具有净浆流动度大，经时损失小，更好的分散性和流动保持性等优点。
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撰写目的和基本思路
- 目的：研究聚羧酸减水剂的作用机理，并合成聚羧酸减水剂，为该类减水剂的复合技术和品种的开发提供新的思路，为减水剂的大规模商业化应用提供技术支持。 思路 实验原理：减水剂的合成和减水机理→聚羧酸水剂分子的设计及合成反应设计→合成→减水剂的性能测试及分子表征：通过IR、NMR等知悉合成的聚羧酸减水剂的分子结构对比试验 ：与萘系、氨基、外国等减水剂进行对比试验，观察各个减水剂的经时损失、减水率等的效果。
科学性、先进性及独特之处
- 本实验涉及有机化学、无机化学、分析化学（含仪器分析）、高分子化学等的基础理论知识。运用了IR、NMR、凝胶色谱、粘度计等先进仪器，操作规范，而且本课题的指导老师在国内是首批研究聚羧酸减水剂的专家之一，积累了大量的实验和工业实践经验，所以作者认为该课题作品具有科学性和先进性。另一方面，本文提出了新拌水泥浆体的多级絮凝结构模型，以及用很多现代化学实验仪器进行分子表征和分析，也具有独特性和创新性。
应用价值和现实意义
- 据不完全统计，2009年中国商品混凝土产量达7.9亿立方米，比2008年增长了12.9%，作为混凝土的重要添加剂——减水剂的性能是否优良，关系到成本问题和建筑物的质量问题。聚羧酸减水剂在日本等发达国家在几十年前已大规模应用，很具有可行性。如杭州湾跨海大桥等均采用了聚羧酸减水剂，但其在我国的应用还不广泛。所以笔者认为研究聚羧酸减水剂具有很重大的经济价值、工业价值等现实意义。
学术论文摘要
- 聚羧酸系减水剂是一种新型绿色高效减水剂，具有分子结构可设计性、低掺量、高分散性、坍落度损失小、早期强度高、与水泥适应性好、绿色环保节能等特点。本文提出了新拌水泥浆体的多级絮凝结构模型，由此揭示了聚羧酸高性能减水剂的高减水率和高保坍机理，为该类减水剂的复合技术和新品种的开发提供思路。本文选用甲基丙烯酸和甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯为原料，采用水浴法，进行二元自由基共聚反应合成制备聚羧酸减水剂，并通过红外光谱法、氢核磁共振法、凝胶色谱等方法研究了聚羧酸系高效减水剂的性能。结果表明：合成的聚羧酸减水剂含有羟基( - OH) 、羧基( - COO¯ ) 、磺酸基( - SO3¯ ) 、酯基(C - O -C ) 等官能团，减水率高达41.0%，达到国际先进水平，同时具有净浆流动度大，经时损失小，更好的分散性和流动保持性等优点。
获奖情况
- 本文的写作背景为作者参加2010年第二届北京高等学校大学生化学实验竞赛的衍生作品，曾在此次比赛中获得北京市三等奖（获奖证书时间为2010年12月）。
鉴定结果
- 本文为自然科学类，能源化工类的论文。
参考文献
- [1] 郑国锋. 聚羧酸高效减水剂的研究[J]. 化学建材，2002, 12，（6）：42-45 [2] 张恂, 顾丽瑛. 国内减水剂用两亲性聚合物的研究进展[J]. 胶体与聚合物, 2006，24( 2) : 39- 41. [3] 王子明. 水泥- 水- 高效减水剂系统的界面化学现象与流变性能[D]. 北京: 北京工业大学, 2006. [4] 熊卫锋,王栋民,左彦峰,闫艳.聚羧酸系减水剂的合成工艺研究[J].商品混凝土.2007,2:6-8 [5] 王栋民，熊卫锋，左彦峰，武赠礼，王振华. 聚羧酸盐高性能减水剂的制备、作用机理及应用现状[A].混凝土.2008(5):64-67 [6] M. Corradi, R. Khurana, R. Magarotto, Tailor-Made Superplasticizers for Modern Concrete,Eighth CANMET/ACI International Conference on Superplasticizers and Other Chemical Admixtures in Concrete, Sorrento(Italy), SP 239-16, 2006: 231–248 [7] 李崇智，李永德，冯乃谦 .聚羧酸系高性能减水剂的研制及其性能[J].凝土与水泥制品. 2002，（2）：3-6
同类课题研究水平概述
- 聚羧酸减水剂是第三代减水剂。目前聚羧酸减水剂的推广应用在世界范围内已经展开，日本在20世纪80年代已经开始运用，较为发达，目前应用率达到了80%。在我国成功应用仅在三峡大坝工程、京沪高铁、杭州湾跨海大桥、田湾核电站等项目上有应用，虽积累了一定经验，但存在很多问题，如保塌性、温度敏感性、黏性等方面。 目前我国减水剂品种主要是以第二代萘系产品为主体。近年来，聚羧酸系减水剂的应用也从过去的重大工程重点部位的应用向一般重大工程、普通工程应用。现在，聚羧酸减水剂在几乎所有国家重大、重点工程中．尤其在水利、水电桥梁等工程中广泛使用。目前在我国，聚羧酸系减水剂的工业化生产体系初步建立，主要包括原材料生产供应体系初步建立，国内如今对聚醚等原料的生产、供应不断发展，其生产厂家大多数都已形成工业化生产规模。有些公司的产品质量也已接近国外产品水平。 我国的聚羧酸减水剂的研究和推广方兴未艾，具有很广阔的前景。聚羧酸高效减水剂的研究已经成为混凝土材料科学中的一个非常重要的分支, 并推动着整个混凝土材料从高污染高能耗向绿色环保高效的高新技术发展。展望未来，每一项混凝土技术的提高都必然伴随着开发最优的外加剂。随着对高效减水剂的合成、作用机理、结构及性能等多方面系统的理论研究，聚羧酸减水剂将会广泛地应用到重要工程中, 并进一步朝着绿色环保化、多功能化、国际标准化的方向发展。
