水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)中改性乳化瀝青稀漿封層技術(shù)的應(yīng)用

1、水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)中改性乳化瀝青稀漿封層技術(shù)的應(yīng)用通過自由基溶液共聚合反應(yīng)、磺化反應(yīng)和接枝反應(yīng)，合成了一類主鏈帶竣基、磺酸基，支鏈帶聚氧乙烯基醴的聚竣酸高效減水劑。利用IR表征了其結(jié)構(gòu)，并考察了產(chǎn)品對水泥凈漿流動(dòng)度和商品混凝土減水率的影響。結(jié)果表明，本研究制備的減水劑對水泥顆粒有較好的分散作用具有梳型分子結(jié)構(gòu)的聚竣酸系減水劑因具有摻量低、減水率高、坍落度保持良好等優(yōu)異性能，且在分子結(jié)構(gòu)上自由度大，合成方法多樣，高性能潛力大，因此成為近年來國內(nèi)外研究和開發(fā)的重點(diǎn)。聚竣酸系減水劑的合成一般采用竣酸類單體與聚氧乙烯基醴先酯化合成大分子單體，然后再與一些含有活性基團(tuán)的單體共聚，得到聚竣酸減水劑。但是目

2、前大分子聚乙二醇酯類單體的合成工藝還不成熟，對聚竣酸高效減水劑的工業(yè)化產(chǎn)生一定的影響。何靖等人1采用大分子反應(yīng)法，從高性能減水劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理出發(fā)，運(yùn)用高分子設(shè)計(jì)原理，先用含有活性基團(tuán)的單體合成高分子主鏈，在聚合物主鏈上引入一定比例的陰離子極性基團(tuán)，如一COOHSO3H來提供靜電斥力，然后對高分子主鏈進(jìn)行酯化，在主鏈上引入聚氧乙烯基側(cè)鏈來提供空間位阻，制得了一種聚醴接枝聚竣酸系高效減水劑。本文在此基礎(chǔ)上，通過控制反應(yīng)條件，如反應(yīng)時(shí)間、溫度、單體比例和溶劑加入量等因素，調(diào)整聚合物主鏈上各官能團(tuán)的相對比例、接枝側(cè)鏈長度等，使主鏈上帶電荷基團(tuán)的靜電斥力和側(cè)鏈上的空間位阻效應(yīng)的協(xié)同作用充分發(fā)揮，

3、以達(dá)到最佳性能。分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：1實(shí)驗(yàn)部分1.1 原材料苯乙烯（St）、馬來酸酊（MA）,分析純；聚乙二醇（PEG）,分子量分別為400、600、1000;過氧化二苯甲酰（BPO）、1,2-二氯乙烷，化學(xué)純；無水乙醴、N,N-二甲基甲酰胺、發(fā)煙硫酸，分析純。1.2 高效減水劑的合成1.2.1 苯乙烯與馬來酸酊的聚合反應(yīng)在帶有攪拌器、冷凝管和氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置的三頸瓶中，加入一定量的甲苯作溶劑，然后加入一定量的馬來酸酊，加熱到80C,待溶液澄清后，慢慢滴加溶有過氧化二苯甲酰的苯乙烯，在11.5h滴加完，然后在80c反應(yīng)4h,降溫后，抽濾，烘干得苯乙烯馬來酸酊共聚物SMA1.2.2 SMA的磺化反應(yīng)在

4、一定量的1,2-二氯乙烷中加入SMA攪拌溶解，然后將從發(fā)煙硫酸中蒸出的SO3稀釋在二氯乙烷中，再滴入反應(yīng)液，在15min內(nèi)滴加完后，在室溫下反應(yīng)3h,抽濾，并用二氯乙烷洗滌，然后于50c的真空烘箱中干燥，得到磺化產(chǎn)物SSMA1.2.3 SSMA的酯化接枝將SSMA容于N,N-二甲基甲酰胺中，加入聚醴，酯化反應(yīng)可以在磺酸基團(tuán)的自催化作用下進(jìn)行，其中聚醴與SSM他所含馬來酸酊摩爾比為0.25:11.5:1,于100c下反應(yīng)6h,用無水乙醴將反應(yīng)產(chǎn)物沉淀出來，洗滌后，在真空烘箱中50c烘干。將產(chǎn)物配成一定濃度的水溶液，并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH為78,得淺棕色透明液體，即為制得的減水劑。1.3 紅外光譜（

5、IR）分析取一定量的減水劑樣品，加入無水乙醴使聚合物沉淀，并用乙醴洗滌沉淀幾次，真空干燥。采用澳化鉀壓片法在RFX-65A紅外光譜儀上測得。1.4 性能測試方法根據(jù)GB/T8077-2000商品混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法測定水泥凈漿流動(dòng)度，采用同摻法，水灰比為0.35,減水劑摻量為減水劑占水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)，水泥采用石井P.O.32.5R普通硅酸鹽水泥.2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1 聚竣酸系減水劑紅外光譜分析圖1是所合成的接枝聚竣酸系減水劑的紅外光譜圖。由圖可知，聚竣酸系減水劑在3457cm-1附近的吸收譜帶較寬，這是聚氧烷基形成締合氫鍵的伸縮振動(dòng)形成的峰；而1776cm-1和1847cm-1歸屬于未參加

6、反應(yīng)酸酊的吸收峰；1722cm-1是酯鍵的特征吸收峰，1653cm-1和1469cm-1是苯環(huán)的特征吸收峰，由于苯環(huán)上連有吸電子基團(tuán)一SO3H因此1500cm-1峰消失；1122cm-1是醴鍵的吸收峰；1222cm-1和1182cm-1歸屬為一SO3H兩個(gè)S=O鍵的不對稱伸縮振動(dòng)，1035cm-1為磺酸基團(tuán)的對稱伸縮振動(dòng)，674cm-1為SO鍵的振動(dòng)吸收峰；838cm-1為對位二取代苯環(huán)的特征吸收峰，說明磺酸基團(tuán)主要位于對位。以上說明合成的聚竣酸系減水劑結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)一致。2.2 聚竣酸系減水劑對水泥凈漿流動(dòng)性的影響2.2.1 減水劑摻量對分散性能的影響聚竣酸減水劑摻量對水泥凈漿流動(dòng)度的影響見圖2

7、。從圖2可以看出，隨著減水劑摻量的增加，初始凈漿流動(dòng)度不斷增加；摻量超過0.4%時(shí)，凈漿流動(dòng)度增加就不太顯著。其主要原因是當(dāng)摻量達(dá)到0.4%后，減水劑中的陰離子表面活性基團(tuán)在水泥顆粒表面上的吸附已經(jīng)基本完全，達(dá)到飽和，因此流動(dòng)度的提高不太明顯。2.2.2 側(cè)鏈對水泥凈漿經(jīng)時(shí)流動(dòng)性的影響表1是減水劑摻量為0.6%時(shí)，摻有接枝不同PEG側(cè)鏈的減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)變化情況。從表1可以看出，摻有接枝不同側(cè)鏈長度PEG勺聚合物，起始水泥凈漿流動(dòng)度隨著側(cè)鏈長度的增加而增加，但側(cè)鏈長度對減水劑的經(jīng)時(shí)流動(dòng)性有較大的影響。側(cè)鏈長度較小時(shí)，水泥漿體流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失過快；側(cè)鏈越長，流動(dòng)度保持性能較好。這是由于

8、側(cè)鏈較短時(shí)，在主鏈上引入的聚氧乙烯基支鏈較短，鏈中醴基與水分子締合形成的溶劑化水膜較薄，立體斥力相對較弱，對水泥分散作用不強(qiáng)；側(cè)鏈較長時(shí)，主鏈中引入的支鏈較長，支鏈間的分子作用較強(qiáng)，鏈中醴基與水分子締合形成的溶劑化水膜較厚，在水泥顆粒表面產(chǎn)生的空間位阻越大，從而能夠有效阻止水泥顆粒之間的凝聚，因此水泥凈漿的經(jīng)時(shí)變化就較小。2.2.3 磺化度對水泥凈漿流動(dòng)度的影響表2是不同磺化程度的減水劑對水泥凈漿流動(dòng)度的影響。根據(jù)減水劑的作用機(jī)理可知，減水劑分子結(jié)構(gòu)中磺酸基團(tuán)吸附在水泥顆粒的表面上提供靜電斥力使之分散。從表2可以看出，隨著磺化度的提高，水泥凈漿流動(dòng)度增加，這說明磺化度的增加有利于減水劑對水泥顆

9、粒的分散。2.2.4 單體比例對分散性能的影響表3是單體比例對水泥凈漿流動(dòng)度的影響。從表3可以看出，聚合物中兩功能基團(tuán)的比例對產(chǎn)物的分散性能有一定的影響，隨著單體比例的增加，水泥凈漿流動(dòng)度逐漸增加。這是由于減水劑的主要成分是表面活性劑，其本身并不與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，它對水泥凈漿所起的作用主要是吸附、分散、潤濕等表面活性作用，通過減少水泥顆粒間的摩擦阻力，降低水泥顆粒與水界面的自由能，從而增加水泥凈漿的和易性。隨著聚合物中苯乙烯單體的增加，共聚物主鏈上苯環(huán)的含量增多，在相同的磺化條件下，使得主鏈具有較高減水作用的磺酸基團(tuán)的含量增加，因此，吸附到水泥顆粒表面產(chǎn)生的靜電斥力較大，水泥顆粒間的分散效果

10、就較好，水泥凈漿流動(dòng)度增大。同時(shí)還可以看出，隨著側(cè)鏈長度的增加，水泥顆粒的分散作用增加。2.2.5 聚乙二醇加入量對水泥凈漿流動(dòng)度的影響聚竣酸系高效減水劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨向通過調(diào)節(jié)極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)的比例來增大減水性，通過酯化接枝反應(yīng)在聚合物主鏈上引入聚乙二醇側(cè)鏈時(shí)，聚乙二醇的用量對水泥凈漿流動(dòng)度有一定的影響。圖3是聚乙二醇與馬來酸酊摩爾比對水泥凈漿流動(dòng)度的影響。當(dāng)聚乙二醇用量較少時(shí)，酯化接枝聚乙二醇側(cè)鏈較少，產(chǎn)生的立體位阻作用較小，因此對水泥顆粒的分散性較差；但是當(dāng)聚乙二醇用量較多時(shí)，聚乙二醇不能完全反應(yīng)，降低減水劑的有效成分，影響減水劑的性能。綜合考慮聚乙二醇與馬來酸酊的摩爾比為1時(shí)產(chǎn)品的性能較好。2.2.6 體系pH值對水泥凈漿流動(dòng)性的影響如圖4所示，在減水劑摻量為0.6%、磺化比例為12時(shí)，體系pH值對凈漿流動(dòng)度的影響。從圖4可以看出，在pH=3時(shí)，凈漿流動(dòng)度就可以達(dá)到270mm這是由于磺酸是一種較強(qiáng)酸，電離度較大，使得體系中有一定量的極性離子，在水泥顆粒表面產(chǎn)生一定量的靜電排斥力，因此凈漿流動(dòng)度也較高。從圖中還可以看出，隨著減水劑的中和程度的增大，凈漿流動(dòng)度提高了1020mm這是由于竣酸是一種弱酸，電離度較小，隨著堿量的增加，竣酸中和成鹽，竣酸根離子濃度增加，使得體系中離子濃度增大。因此，在水泥顆粒表面產(chǎn)生的靜電斥力增大，對水泥分