PCS在水泥颗粒表面吸附行为的微观机理及与结构和性能相关性的研究

针对国产聚羧酸盐高效减水剂（PCS）普遍存在的性能缺陷及在技术发展中缺少微观机理研究的情况，申请者提出进行PCS在水泥颗粒表面吸附行为的微观机理及与结构和性能相关性的研究。通过PCS在水泥颗粒表面的吸附量、吸附厚度等表征PCS的吸附特征，通过体系的Zeta电位、PCS分子电荷密度、水化热曲线等影响因素表征其对吸附行为的影响。从吸附特征和主要影响因素表征PCS吸附行为的微观机理。以微观机理作为纽带，通过分析微观吸附行为与PCS分子结构和混凝土性能的数据间的关系，建立PCS分子结构与混凝土性能的相关性。在研究中，准确表征各个性能是研究的基础，分析归纳各个性能数据之间的关系是研究的关键。创新点是多层次、全方位地研究微观吸附行为与分子结构和应用性能的相关性，揭示国产PCS存在问题的根源，掌握依靠调整PCS分子结构控制其应用性能的规律。本研究成果对于国内PCS性能的提高和技术发展具有理论指导意义。

针对国产聚羧酸盐高效减水剂（PCS）普遍存在的容易泌水离析、适应性差等性能缺陷及在研究中缺少基础理论指导的情况，本课题研究了PCS在水泥颗粒表面吸附行为的微观机理及与结构和性能相关性的研究。首先研究了PCS分子中主链和聚乙二醇支链的大小和连接方式以及羧基、磺酸基、羟基等对减水剂性能的影响，主要从减水率、净浆流动度、缓凝时间、坍落度损失等表征减水性能，从PCS在水泥颗粒表面的吸附量、吸附层厚度等表征PCS的吸附行为及作用机理，用抗压强度及耐折强度表征这些影响因素对力学性能的影响。通过研究掌握了主链、支链的大小及其连接方式及不同侧基对减水剂性能影响的规律，揭示了其在水泥颗粒表面上吸附行为及其作用机理，获得了不同结构类型PCS减水剂与混凝土性能之间的关系。在研究结果的基础上，研究并开发了含有苯环、环糊精、降解淀粉、壳聚糖等链节或侧基的减水剂，其性能特点是具有超常的缓凝能力及较高的力学强度。同时根据研究结果设计合成了两性PCS，研究发现两性PCS具有良好的缓凝和抗泥效果。这些结果不仅验证了本研究所得的结论，而且扩大了减水剂的类型和原料来源。.在研究PCS在水泥表面的吸附行为时，比较分析了有机碳（TOC）、紫外-可见光谱仪（UV-Vis）、GPC等不同方法的测量结果，发现用UV-Vis和GPC法可以方便准确廉价的测定PCS的吸附量。研究发现了PCS能够推迟水泥水化反应热的释放过程，延长水化反应的时间。PCS具有促进水泥水化反应形成更多更大的棒状水化晶体，导致水泥基材料具有更加紧实致密微观结构和更高的抗压强度。.通过本项目的研究，揭示了PCS的化学结构对其应用性能的影响的规律，揭示了PCS在水泥颗粒表面的吸附行为和作用机理，建立了PCS分子结构与其在水泥颗粒表面的吸附型为及与水泥浆、混凝土性能的相关性。在此基础上，揭示国内PCS性能缺陷的结构根源，掌握依靠调整PCS分子结构来调整其应用性能的规律，为PCS性能优化及技术发展提供理论导向。