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研究生：	陳俊瑋
論文名稱：	兩性離子共聚合物合成以及對水泥質材料流動性的可行性評估
指導教授：	許貫中
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	化學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	100
中文關鍵詞：	強塑劑、共聚物、分子量、單體比例、流動性
論文種類：	學術論文
相關次數：	點閱：220 下載：0
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添加強塑劑於混凝土中，可增加混凝土的工作性。本研究先利用丙烯酸二甲胺乙酯與氯醋酸鈉合成出DAAE單體。接著由2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸(AMPSA)、甲基丙烯酸(MAA)與DAAE單體以自由基聚合方式，反應得到共聚物PAMD。合成之DAAE與PAMD以FT-IR與1H-NMR鑑定其結構，並以電位滴定儀測定共聚物單體比例。探討PAMD的單體比例與分子量對水泥漿流動性的影響，並以共聚物對水泥粒子吸附行為與表面電位來說明。
研究結果顯示，添加PAMD (AMPSA/MAA/DAAE = 6/10/1，Mw=1.1×105) 的水泥漿有最好的迷你坍度與坍度維持性，飽和劑量約為0.2wt%，效果優於商用強塑劑HP100 (羧酸系)與HPC1000 (磺酸系)。

Superplasticizer can improve the workability of concrete. In this research, the DAAE monomer was prepared from 2-(Dimethylamino) ethyl acrylate and sodium chloroacetate. The copolymer (PAMD) was prepared from 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid (AMPSA), methacrylic acid (MAA), and the monomers (DAAE) by free-radical polymerization. The prepared monomer (DAAE) and PAMD were confirmed by FT-IR and 1H-NMR spectra. The monomer ratio of copolymer was determined by the potentiometric titration method. The effects of the monomer ratio, and molecular weight of copolymer on the fluidity of cement pastes were investigated﹔The results was explained by the adsorption behavior of copolymer on the cement particles and zeta potential.
The results indicate that the cement pastes containing PAMD ( AMPSA / MAA /DAAE = 6 / 10 / 1, Mw=1.1×105) shows the highest mini-slump and the best mini-slump retention, the saturation dosage was about 0.2 wt%, and the result were better than those of HP100 (carboxylate-based) and HPC1000 (sulfonate-based).

第一章 緒論                                                       1
第二章 文獻回顧
2.1 水泥
 2-1-1 卜特蘭水泥之組成                                             2
 2-1-2 水泥水化方程式                                               3
 2-1-3 混凝土                                                       4
2.2 強塑劑(Superplasticizer)
 2-2-1 添加強塑劑之目的                                             5
 2-2-2 強塑劑之種類                                                 6
 2-2-3 強塑劑之分散機制                                             7
  A. DLVO 理論                                                     9
  B. 電雙層理論                                                    10
C. 離子濃度與磺酸根離子對水泥分散力之影響                        11
   (1) 離子濃度對水泥分散力之影響                                  13
   (2) 硫酸根離子對水泥分散力之影響                                13
  D. 立體障礙機制                                                  14
 2-2-4 強塑劑之吸附行為                                            17
  1. 物理吸附                                                      17
  2. 化學吸附                                                      17
  A. Langmuir等溫吸附方程式                                        18
  B. 強塑劑之吸附模型                                              19
  C. 吸附模式                                                      22
  D. 強塑劑與水泥漿體之吸附行為                                    23
  2-3相關文獻彙集                                                 24
第三章 實驗部分
 3-1 實驗流程                                                      26
 3-2 實驗方法                                                      27
 3-3 實驗變數                                                      28
 3-4 實驗材料                                                      28
 3-5 實驗儀器                                                      30
 3-6 實驗方法                                                      32
  3-6-1 DAAE之合成                                                32
  3-6-2 PAMD之合成                                                33
  3-6-3 紅外線(IR)光譜分析                                          35
  3-6-4 核磁共振(NMR)光譜分析                                     36
  3-6-5 凝膠滲透層析(GPC)分析                                      37
  3-6-6 pH值測量                                                   37
  3-6-7 共聚物固含量測量                                           38
  3-6-8 共聚物單體比例測定                                         38
  3-6-9 水泥漿體拌製                                               38
   3-6-10水泥漿體迷你坍度與坍度性維持測量                          38
  3-6-11 水泥砂漿流度試驗                                          39
  3-6-12 共聚物於水泥漿體吸附量之測量                              40
  3-6-13 共聚物於水泥漿體表面電位之測量                            40
 3-6-14 混凝土拌製                                                41
  3-6-15 混凝土抗壓強度測試                                        41
第四章 結果與討論
4-1 共聚物之結構鑑定                                               42
 4-1-1 DAAE之結構鑑定                                             42
 4-1-2共聚物PAMD之之結構鑑定                                     45
 4-1-3 PAMD所含單體的比例                                         51
4-2 PMD單體比例與分子量對水泥漿流動性之影響                       59
4-3 共聚物單體比例對水泥漿體流動性之影響                           63
 4-3-1共聚物單體比例對水泥漿迷你坍度之影響                         63
 4-3-2 添加不同AMPSA單體比例對水泥漿吸附行為的影響               67
 4-3-3 PAMD單體比例對水泥表面電位的影響                           80
4-4 共聚物分子量對水泥漿流動性之影響                               82
 4-4-1共聚物分子量對水泥漿迷你坍度的影響                           82
 4-4-2共聚物分子量對水泥漿吸附行為的影響                           85
 4-4-3 PAMD6不同分子量對水泥表面電位的影響                        89
4-5共聚物對水泥漿與混凝土工作性之影響                              90
 4-5-1 PAMD6與商用強塑劑流動性之比較                              90
 4-5-2 PAMD6於不同水灰比之流動性比較                              91
 4-5-3 PAMD6對水泥砂漿流動性的影響                                91
 4-5-4 PAMD6對混凝土性質的影響                                    91
第五章 結 論                                             98
第六章 參考資料                                                100






圖目錄

圖2-2-1 添加強塑劑於混凝土的影響                                    6
圖2-2-2 MLS化學結構式                                              7
圖2-2-3 SNF化學結構式                                              7
圖2-2-4 SMF化學結構式                                              7
圖2-2-5 PCA化學結構式                                              8
圖2-2-6 SPF化學結構式                                               9
圖2-2-7 .DLVO理論之顆粒間距離與位能的關係                          10
圖2-2-8電雙層示意圖                                                11
圖2-2-9 離子濃度對膠體分散力之影響                                 13
圖2-2-10 強塑劑立體障礙延長其被水化產物包覆時間示意圖              15
圖2-2-11 水泥粒子於不同水灰比水化產物包覆示意圖                    16
圖2-2-12 Langmuir等溫吸附曲線                                      19
圖2-2-13未添加分散劑於水泥粒子表面示意圖                           19
圖2-2-14添加陰離子型分散劑於水泥粒子表面示意圖                     20
圖2-2-15添加陽離子型分散劑於水泥粒子表面示意圖                     20
圖2-2-16水泥粒子吸附微胞示意圖                                     21
圖2-2-17水泥粒子吸附微胞示意圖                                     21
圖2-2-18 聚合物於粒子表面吸附模式                                  22
圖2-2-19高分子與粒子產生架橋現象                                   22
圖3-1-1 實驗流程圖                                                 27
圖3-6-1 DAAE單體之合成                                            32
圖3-6-2 PAMD之合成                                                33
圖3-6-3 反應裝置圖                                                 34
圖3-6-4合成流程圖                                                  35
圖3-6-5迷你坍度錐示意圖                                            39
圖3-6-6玻璃平板示意圖                                              39
圖4-1-1 DAAE之化學結構                                            42
圖4-1- 2 DAAE之FT-IR光譜圖                                        44
圖4-1-3 DAAE之1H-NMR光譜圖                                     44
圖4-1-4 PAMD之化學結構                                            45
圖4-1-5  PAMD之FT-IR光譜圖                                       48
圖4-1-6 PAMD之1H-NMR光譜圖                                      48
圖4-1-7 GPC之校正曲線                                             49
圖4-1-8各種PAMD (Mw≒1.0×105)之分子量分佈圖(SP=0.3wt%)            50
圖4-1-9 各種PAMD6之分子量分佈圖 (SP=0.3wt%)                      50
圖4-1-10 PAMD2 (Mw=9.8×104)滴定曲線圖                              53
圖4-1-11不同羧酸莫耳分率比例之滴定檢量線                           54
圖4-1-12 PAMD4 (Mw=9.2×104)滴定曲線圖                              54
圖4-1-13 PAMD6 (Mw=1.1×104)滴定曲線圖                              55
圖4-1-14 PAMD8 (Mw=1.0×104)滴定曲線圖                              55
圖4-1-15 PAMD10 (Mw=1.1×104)滴定曲線圖                             56
圖4-1-16 PAMD6-(3) (Mw=5.5×104)滴定曲線圖                           56
圖4-1-17 PAMD6-(1) (Mw=2.0×105)滴定曲線圖                           57
圖4-2-1添加不同單體比例的PMD對水泥漿迷你坍度(SP/C=1.0wt%，W/C=0.3)61
圖4-2-2添加不同分子量的PMD10對水泥漿迷你坍度(SP/C=0.8wt%，W/C=0.3)61
圖4-2-3添加PMD之水泥漿迷你坍度(0min，W/C=0.3)                    62
圖4-2-4 添加PMD之水泥漿迷你坍度(60min，W/C=0.3)                  62
圖4-3-1添加不同AMPSA單體比例的PAMD之水泥漿迷你坍度 (0min，W/C=0.3)
                                                                   65
圖4-3-2添加不同AMPSA單體比例的PAMD之水泥漿迷你坍度 (60min，W/C=0.3)                                                          65
圖4-3-3添加不同AMPSA含量的PAMD之水泥漿迷你坍度 (SP/C=0.4wt%，W/C=0.3)                                                           66
圖4-3-4 PMAA (Mw=6.7×104；SP=0.3wt%)在水泥表面的動態吸附           71
圖4-3-5 各分子量的PMAA (Mw=6.7×104；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的吸附率分佈                                                                 71
圖4-3-6 PMD10 (Mw=6.5×104；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的動態吸附        72
圖4-3-7 各分子量的PMD10 (Mw=6.5×104；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的吸附率分佈                                                               72
圖4-3-8 PAMD2 (Mw=9.8×104；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的動態吸附        73
圖4-3-9 各分子量的PAMD2 (Mw=9.8×104；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的吸附率分佈                                                               73
圖4-3-10 PAMD4 (Mw=9.2×104；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的動態吸附      74
圖4-3-11 各分子量的PAMD4 (Mw=9.2×104；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的吸附率分佈                                                               74
圖4-3-12 PAMD6 (Mw=1.1×105；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的動態吸附      75
圖4-3-13 各分子量的PAMD6 (Mw=1.1×105；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的吸附率分佈                                                               75
圖4-3-14 PAMD8 (Mw=1.0×105；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的動態吸附      76
圖4-3-15 各分子量的PAMD8 (Mw=1.0×105；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的吸附率分佈                                                               76
圖4-3-16 PAMD10 (Mw=1.1×105；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的動態吸附     77
圖4-3-17 各分子量的PAMD10 (Mw=1.1×105；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的吸附率分佈                                                             77
圖4-3-18各聚合物在水泥表面的吸附量                                 78
圖4-3-19 PAMD6於不同劑量下在水泥表面的吸附量                     78
圖4-3-20 PAMD6之Ce/As對Ce關係圖                                79
圖4-4-1添加不同分子量的PAMD6之水泥漿迷你坍度(W/C=0.3)           83
圖4-4-2添加不同分子量的PAMD6之水泥漿迷你坍度(0min，W/C=0.3)     83
圖4-4-3添加不同分子量的PAMD6之水泥漿迷你坍度(60min，W/C=0.3)     84
圖4-4-4 PAMD6-(1) (Mw=2.0×105；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的動態吸附    86
圖4-4-5 各種分子量的PAMD6-(1) (Mw=2.0×105；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的吸附率分佈                                                           86
圖4-4-6 PAMD6-(3) (Mw=5.5×104；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的動態吸附    87
圖4-4-7各種分子量的PAMD6-(3) (Mw=5.5×104；SP/C=0.3wt%)在水泥表面的吸附率分佈                                                           87
圖4-4-8 添加不同分子量的PAMD6在水泥表面的吸附量                  88
圖4-5-1添加聚合物的水泥漿迷你坍度(0min，W/C=0.3)                   92
圖4-5-2 添加聚合物的水泥漿迷你坍度(60min，w/c=0.3)                   92
圖4-5-3 添加PAMD6的水泥漿迷你坍度                                94
圖4-5-4添加PAMD6之不同劑量的水泥砂漿擴散直徑                     95
圖4-5-5 添加PAMD6之混凝土的坍度(0min、60min， SP/C=0.32wt%)      97
圖4-5-6 添加HPC-1000之混凝土的坍度(0-min、60-min，SP=0.8wt%)       97
圖4-5-7 添加HP 100之混凝土的坍度(0-min、60-min，SP=0.32wt%)        97








表目錄

表2-1-1 卜特蘭I型水泥之主要成份                                     2
表2-1-2水泥水化方程式                                          3
表2-4相關文獻彙集                                                  24
表3-3-1 實驗變數                                                   28
表3-6-1 混凝土配合比例設計表                                       41
表4-1-1 PAMD之代號與合成條件                                      46
表4-1-2不同單體比例之PAMD的羧酸根莫耳分率之理論進料值與實際出料值
                                                                   58
表4-1-3不同分子量之PAMD的羧酸根莫耳分率之理論進料值與實際出料值
                                                                   58
表4-2-1 PMD之代號與合成條件                                       60
表4-3-1 添加0.4wt% 共聚物於水泥漿之表面電位                        81
表4-4-1添加0.4wt% PAMD6於水泥漿之表面電位                        89表4-5-1 添加各聚合物之水泥漿迷你坍度 ( W/C = 0.3 )                   93
表4-5-2 添加0.2wt% PAMD6的水泥漿迷你坍度                         94
表4-5-3 聚合物對混凝土坍度及抗壓強度的影響                         96
                                

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