本文是一篇土木工程论文，本文主要研究了四种含有不同缓释官能团的聚羧酸减水剂（高缓释PCE-HSR、低缓释PCE-LSR、无缓释PCE-NSR、超慢缓释PCE-USR）对水泥基材料工作性能的时变性影响，通过开展水泥净浆试验、水泥砂浆试验、混凝土工作性能和力学性能试验。
第一章绪论
1.1研究背景
随着建筑业的高速发展，混凝土成为了当今世界用量最大的建筑材料。混凝土是由水泥、水、砂、石、化学外加剂、矿物掺合料按照一定比例配合、搅拌、成型、养护而形成的人工石。其中，化学外加剂是混凝土的重要组分，主要是为了调节改善混凝土性能而使用的物质，一般有四大用途，分别是改善混凝土和易性、调节混凝土凝结硬化速度、改善混凝土耐久性以及提高混凝土其他特殊性能。
化学外加剂按照主要功能分为五类：改善和易性的减水剂、泵送剂和引气剂等；调节凝结时间和改变硬化性的早强剂、缓凝剂和速凝剂等；调结内部气体的引气剂、消泡剂和发气剂；影响耐久性的抗渗剂、抗冻剂和阻锈剂等；改善其他性能的膨胀剂、泡沫剂和着色剂等。
在众多化学外加剂中，减水剂是非常重要的一员，在混凝土中被广泛应用，它可以在搅拌混凝土前或者搅拌过程中加入，能使混凝土在拌合、运输、泵送、浇筑、振捣过程中有良好的流动性、粘聚性和保水性，以便于混凝土在工地现场能够顺利完成施工成型。使用减水剂能够解决为提高施工性能而增大水灰比所导致混凝土强度、抗渗性和耐久性差的矛盾，能够在较少用水量情况下使混凝土拌合物保持良好的施工性能，能够使混凝土拌合物保持预期不变的坍落度而减少用水量。
1.2国内外研究现状与存在不足
1.2.1缓释型聚羧酸减水剂研究现状
国内外对缓释型聚羧酸减水剂有一定研究，主要从物理缓释型、化学缓释型两个方面开展。物理缓释型，主要通过载体溶解放出有效组分，通过扩散和渗透到浆体中，从而起到缓释目的。孔祥明等人[10]制备了一种缓释型减水剂微胶囊，水泥水化时，胶囊壳层变为疏松，减水剂分子从内部缓慢释放，从而达到提高流动度经时保持性的目的。张小富等人[11]制备了一种缓释微胶囊型混凝土外加剂，将载体放在减水剂溶液中浸泡后干燥，使用时再使吸附于载体表面和孔隙内部的减水剂分子释放出来，以达到缓释目的。物理缓释型由于载体制备困难且与混凝土相容性差，不易控制缓释颗粒大小、分布及缓释速度，载体或内部填充料的无效组分提高造价并增加混凝土隐患，因此物理型缓释在实际运用中并不多，缓释型聚羧酸减水剂主要还是以化学缓释为主，化学缓释采用羧基保护型、交联型和两性型三类，其中羧基保护型使用最多最广。
羧基保护型，主要通过在减水剂分子中引入能在碱性环境中水解生成羧基等锚固基团的酯类、酰胺、酸酐类单体,从而提高后期的吸附分散能力。S.Gamze Erzengin等人[12]合成了具有不同侧链密度和侧链长度的甲基丙烯酸酯基聚羧酸减水剂，并对其进行表征及其对和易性、流变学、凝固时间和机械强度的影响的水泥系统进行了研究。裴军等人[13]通过先酯化后聚合得到了一种以葡萄糖酸内酯来保护羧基的缓释型聚羧酸减水剂，通过开展水泥净浆和混凝土试验，发现其具有良好的缓释型，能很好改善混凝土坍落度损失过快问题。
第二章试验材料设备和试验方案步骤
2.1试验所用水泥基材料
为了研究不同缓释基团的聚羧酸减水剂对水泥基材料工作性能时变规律，开展了水泥净浆流动度试验、水泥胶砂流动度试验、混凝土工作性能试验（混凝土坍落度和扩展度试验、混凝土穿越性试验、混凝土粘稠性和抗离析性试验、混凝土含气量试验、混凝土容重试验）和混凝土力学性能试验。
对于水泥净浆流动度试验，原材料采用了五种水泥（基准水泥、华新水泥P·O42.5、九七水泥P·HSR42.5、九七水泥P·O52.5、海螺水泥P·Ⅱ52.5）、粉煤灰、矿粉、制备所得四种不同缓释基团的聚羧酸减水剂（高缓释PCE-HSR、低缓释PCE-LSR、无缓释PCE-NSR、超慢缓释PCE-USR）以及自来水；对于水泥胶砂流动度试验，原材料采用了基准水泥、标准砂、河沙、机制砂、石粉、制备所得四种不同缓释基团的聚羧酸减水剂、自来水；对于混凝土工作性能和力学性能试验，原材料采用华新水泥P·O42.5、粉煤灰、矿粉、机制砂、碎石、石粉、制备所得四种不同缓释基团的聚羧酸减水剂、自来水。
2.1.1水泥
本文试验选用了抚顺澳赛尔科技有限公司生产的基准水泥、华新水泥（阳新）有限公司生产的华新水泥P·O42.5、诸城市杨春水泥有限公司生产的九七水泥P·O52.5、诸城市杨春水泥有限公司生产的九七水泥P·HSR42.5、安徽海螺水泥股份有限公司生产的海螺水泥P·Ⅱ52.5等五种不同类型水泥。水泥的各项性能指标均符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）[40]要求，具体情况见表2-1、2-2、2-3、2-4、2-5所示：
2.2试验所用减水剂
2.2.1减水剂的合成与命名
为拌合高性能混凝土，更好地适用于高气温天气、远距离运输、长时间等待、大方量施工、超高层泵送，需要有初始流动度好，经时流动度损失小，且与水泥基材料适应能力强、对骨料敏感度低的聚羧酸减水剂。因此按照这个思路进行合成，在普通聚羧酸减水剂的基础上改良使用甲基烯丙基聚氧乙烯醚和丙烯酸，并引入一部分的酯基或酰胺基，初始就通过主链羧基吸附水泥颗粒产生静电斥力和其长侧链进行空间位阻，经时就通过碱性环境将酯基或酰胺基水解出羧基来维持修复平衡。
共制备了四种聚羧酸减水剂，分别是PCE-HSR、PCE-LSR、PCE-NSR、PCE-USR，按照四种减水剂各自的缓释特点，对其进行了命名。PCE-HSR中含有两种酯基，在两种酯基共同参与作用下，能在一定时间段内快速水解，出现较强的缓释效果，故命名为高缓释。PCE-LSR中含有酰胺基，酰胺基的水解速率较为平缓，缓释效果能够保持较长时间，故命名为低缓释。PCE-NSR中不含有任何缓释基团，没有保坍缓释效果，故命名为无缓释。PCE-USR中仅有一种酯基，且该酯基水解速率较慢，缓释峰值出现时间较晚，故命名为超慢缓释。
第三章 减水剂对水泥净浆流动度的时变影响 ................... 28
3.1 减水剂掺量对水泥净浆流动度的时变规律和机理 .................... 28
3.2 减水剂复配对水泥净浆流动度的时变规律和机理 .................... 32
3.3 水泥种类对水泥净浆流动度的时变规律和机理 ........................ 36
第四章 减水剂对水泥胶砂流动度的时变影响 .................................... 47
4.1 减水剂掺量对水泥胶砂流动度的时变规律和机理 .................... 47
4.2 石粉含量对水泥胶砂流动度的时变规律和机理 ........................ 51
4.3 砂的种类对水泥胶砂流动度的时变规律和机理 ........................ 54
第五章 减水剂对混凝土工作性能的时变影响 .................................... 58
5.1 减水剂掺量对混凝土工作性能的时变规律和机理 .................... 58
5.2 石粉含量对混凝土工作性能的时变规律和机理 ........................ 63
5.3 强度标号对混凝土工作性能的时变规律和机理 ........................ 68
第五章减水剂对混凝土工作性能的时变影响
5.1减水剂掺量对混凝土工作性能的时变规律和机理
通过前期预试验可确定PCE-HSR、PCE-LSR、PCE-NSR、PCE-USR掺量梯度差在0.02%时混凝土工作性能试验结果存在明显区别，因此在本试验中，PCE-HSR以折固掺量0.20%开始，PCE-LSR、PCE-USR以折固掺量0.16%开始，PCE-NSR以折固掺量0.08%开始，设定掺量水平梯度为0.02%，形成4类情况，每类5组对比，共20个试验组，试验原材料按表5-1、表5-2、表5-3、表5-4进行配比，该配比是黄冈市某商混站用于实际生产使用的C30混凝土配比。
第六章结论和展望
6.1结论
本文主要研究了四种含有不同缓释官能团的聚羧酸减水剂（高缓释PCE-HSR、低缓释PCE-LSR、无缓释PCE-NSR、超慢缓释PCE-USR）对水泥基材料工作性能的时变性影响，通过开展水泥净浆试验、水泥砂浆试验、混凝土工作性能和力学性能试验，得到主要结论如下：
探究了减水剂掺量、减水剂复配、水泥种类、粉煤灰掺量、矿粉掺量对水泥净浆的影响规律。①掺量试验可知，四种减水剂掺量增大则流动性增大。含有酯基或和酰胺基可以水解释放出羧基吸附于水泥颗粒和水化产物表面起到分散作用，使得PCE-HSR、PCE-LSR、PCE-USR有一定经时保持能力，其中PCE-HSR、PCE-LSR经时流动度呈现先增大后减小。PCE-LSR浆体初始流动度较好、经时损失较少。PCE-USR浆体在掺量为0.12%、0.15%、0.18%时，发挥出一定缓释效果，经时损失较少，当掺量为0.06%、0.09%时，由于缓释量不足，经时流动度呈现不断减小。不含缓释基团的PCE-NSR浆体经时流动度呈现不断减小。②复配试验可知，不同减水剂之间的作用可近似考虑为独立作用，在进行复配比例及掺量计算时，可进行叠加计算并以主导性减水剂的主要作用作为复配后减水剂的主要功能。③水泥种类试验可知，四种减水剂与P·O42.5有一定适应性，与P·HSR42.5适应性最差。熟料中C3A的含量影响了减水剂与水泥适应性，其流动性关系基本体现为P·O42.5组>P·O52.5组
