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研究生： 翁為宏
論文名稱： 兩性共聚物的合成與對水泥漿體分散性質的影響
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： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 120
中文關鍵詞： 共聚物 、合成 、迷你坍度 、吸附 、工作度
論文種類： 學術論文
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    • 強塑劑是產製高性能混凝土中的重要組成材料。本研究先利用馬來酸酐和N,N-二甲基胺乙醇合成二甲基胺乙基氧羰基丙烯酸，簡稱DME，再和氯醋酸鈉反應得到單體N,N,N-二甲基胺羧基丙烯酸乙酯乙酸鈉鹽，簡稱DCA，最後和丙烯醯胺以不同比例聚合得到共聚物，簡稱PD。以FT-IR , 1H-NMR光譜分析DME , DCA和PD；利用GPC測定PD之分子量，並以電位滴定求得PD的單體比例。
    探討PD的單體比例、分子量對水泥漿體的流動性和混凝土的工作性之影響，並以吸附行為和表面電位說明。結果顯示，添加PD110 (DCA / AAM = 1 / 10 , Mw = 5.5×104) , PD15(b) (DCA / AAM = 1 / 5 , Mw = 4.7×104) 和PD15(c) (DCA / AAM = 1 / 5 , Mw = 1.1×105) 的水泥漿有較好的迷你坍度。在砂漿和混凝土中也有相似的結果，比起磺酸系強塑劑STF，在同一配比下需較少劑量即可達到相同坍流度。

    目錄 第一章 緒 論 1 第二章 文獻回顧 2 2.1 水泥 2 2.1.1 卜特蘭水泥之組成 2 2.1.2 水泥之水化 4 2.2 混凝土 9 2.3 強塑劑 10 2.3.1 添加強塑劑的目的 10 2.3.2 強塑劑之種類 11 2.3.3 強塑劑之減水機制 14 2.3.4 強塑劑之吸附 23 2.4 相關文獻彙集 28 第三章 實驗方法與測量原理 31 3.1 實驗流程 31 3.2 實驗方法 31 3.3 實驗變數 34 3.4 實驗材料 34 3.5 實驗儀器 36 3.6 實驗方法 38 3.6.1 DME之合成 38 3.6.2 DCA單體之合成 39 3.6.3 兩性共聚物PD之合成 39 3-6-4 紅外線(IR)光譜分析 42 3-6-5 核磁共振(NMR)光譜分析 42 3-6-6 凝膠滲透層析(GPC)分析 43 3-6-7 pH值測量 43 3-6-8 共聚物固含量測量 44 3-6-9 共聚物單體比例測定 44 3-6-10 水泥漿體拌製 44 3-6-11 水泥漿體迷你坍度與坍度性維持測量 45 3-6-12水泥砂漿流度試驗 46 3-6-13 共聚物於水泥漿體吸附量之測量 46 3-6-14 共聚物於水泥漿體界達電位之測量 47 3-6-15 混凝土拌製 47 3-6-16 混凝土抗壓強度測試 49 第四章 結果與討論 50 4.1 共聚物之結構分析 50 4.1.1 DME之光譜分析 50 4.1.2 DCA之光譜分析 51 4.1.3 PD之光譜分析 53 4.1.4 共聚物PD之分子量 55 4.1.5 PD之單體比例 59 4.2 共聚物單體比例對水泥漿體流動性之影響 63 4.2.1 單體比例對水泥漿迷你坍度的影響 63 4.2.2 單體比例對不同水灰比之水泥漿迷你坍度的影響 68 4.2.3 單體比例對水泥漿體吸附行為之影響 79 4.2.4 單體比例對水泥界達電位之影響 84 4.2.5 單體比例對水泥砂漿流度之影響 86 4.3 共聚物分子量對水泥漿體流動性之影響 89 4.3.1 分子量對水泥漿迷你坍度的影響 89 4.3.2 分子量對不同水灰比之水泥漿迷你坍度的影響 93 4.3.3 分子量對水泥漿體吸附行為之影響 103 4.3.4 分子量對水泥界達電位之影響 109 4.3.5 分子量對水泥砂漿流度之影響 111 4.4 共聚物對混凝土工作性之影響 114 第五章 結 論 118 參考資料 …...………………………………………………………………… …. 120 圖目錄 圖2-1-1 卜特蘭水泥生成示意圖 4 圖2-1-2 水泥水化時間與放熱通量之關係圖 6 圖2-1-3 水泥漿體水化示意圖 8 圖2-2-1 混凝土材料的組成 9 圖2-3-1 添加強塑劑的目的 11 圖2-3-2 MLS化學結構式 12 圖2-3-3 SNF化學結構式 12 圖2-3-4 SMF化學結構式 13 圖2-3-5 PC化學結構式 13 圖2-3-6 水份被限制在水泥粒子內 14 圖2-3-7 粒子間距離與位能的關係 16 圖2-3-8 電雙層示意圖 17 圖2-3-9 添加強塑劑之水泥粒子界達電位的變化 17 圖2-3-10 立體障礙示意圖 18 圖2-3-11 延後添加強塑劑於水泥漿之示意圖 19 圖2-3-12 強塑劑之立體阻障延長其被水化產物包覆示意圖 20 圖2-3-13 吸附與未吸附高分子對粒子的影響 22 圖2-3-14 不同水灰比下水泥粒子被水化產物包覆圖 22 圖2-3-15 Langmuir等溫吸附曲線 24 圖2-3-16 分子聚合物於粒子表面之吸附模式 25 圖2-3-17 聚合物與粒子間的架橋現象 25 圖2-3-19 強塑劑抑制水化產物生成及吸附於水泥表面 27 圖3-1-1 實驗流程圖 33 圖3-6-1 反應裝置圖 38 圖3-6-2 DME之合成 40 圖3-6-3 DCA之合成 40 圖3-6-4 PD之合成 41 圖3-6-5 迷你坍度錐示意圖 45 圖3-6-6 玻璃平板示意圖 45 圖4-1-1 DME之FT-IR光譜圖 50 圖4-1-2 DME之1H-NMR光譜圖 51 圖4-1-3 DCA之FT-IR光譜圖 52 圖4-1-4 DCA之1H-NMR光譜圖 53 圖4-1-5 PD之FT-IR光譜圖 54 圖4-1-6 PD之1H-NMR光譜圖 55 圖4-1-7 分子量之校正曲線 57 圖4-1-8 不同單體比例之PD的分子量分布圖 58 圖4-1-9 不同分子量之PD15的分布圖 58 圖4-1-10 PD110之滴定曲線 60 圖4-1-11 PD的滴定曲線之一次微分圖 60 圖4-1-12 PD15的滴定曲線之一次微分圖 61 圖4-2-1 添加PD與STF之水泥漿迷你坍度( W/C = 0.3 , 0 min) 65 圖4-2-2 添加PD與STF之水泥漿迷你坍度( W/C = 0.3 , 60 min) 65 圖4-2-3 PD中DCA含量對水泥漿迷你坍度的影響(W/C = 0.3) 66 圖4-2-4 PD11在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (0 min) 70 圖4-2-5 PD11在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (60 min) 70 圖4-2-6 PD15在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (0 min) 71 圖4-2-7 PD15在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (60 min) 71 圖4-2-8 PD110在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (0min) 72 圖4-2-9 PD110在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (60min) 72 圖4-2-10 添加PD與STF之水泥漿迷你坍度 (W / C = 0.27 , 0 min) 75 圖4-2-11 添加PD與STF之水泥漿迷你坍度 (W / C = 0.27 , 60 min) 75 圖4-2-12 添加PD與STF之水泥漿迷你坍度 (W / C = 0.24 , 0 min) 76 圖4-2-13 添加PD與STF之水泥漿迷你坍度 (W / C = 0.24 , 60 min) 76 圖4-2-14 PD中DCA含量對水泥漿迷你坍度的影響 (W / C = 0.27) 77 圖4-2-15 PD中DCA含量對水泥漿迷你坍度的影響 (W / C = 0.24) 77 圖4-2-16 PD對不同水灰比之水泥漿迷你坍度的影響(0.6 wt% , 0 min) 78 圖4-2-17 不同劑量的PD在水泥表面的吸附量(W / C = 0.6 , 30 min) 81 圖4-2-18 PD11在水泥表面之動態吸附圖(W / C = 0.6 , SP = 0.5 wt%) 81 圖4-2-19 PD15在水泥表面之動態吸附圖(W / C = 0.6 , SP = 0.5 wt%) 82 圖4-2-20 PD110在水泥表面之動態吸附圖(W / C = 0.6 , SP = 0.5 wt%) 82 圖4-2-21 不同時間PD在水泥表面的吸附量(W / C = 0.6 , SP = 0.5 wt%) 83 圖4-2-22 添加不同劑量的PD在水泥之界達電位(W / C = 4000 , 30 min) 85 圖4-2-23 添加PD與STF之砂漿流度 (W / C = 0.485 , 0 min) 87 圖4-2-24 添加PD與STF之砂漿流度 (W / C = 0.485 , 60 min) 87 圖4-2-25 添加PD與STF之砂漿流度 (W / C = 0.42 , 0 min) 88 圖4-2-26 添加PD與STF之砂漿流度 (W / C = 0.42 , 60 min) 88 圖4-3-1 添加PD15與STF之水泥漿迷你坍度 91 圖4-3-2 添加PD15與STF之水泥漿迷你坍度 91 圖4-3-3 不同分子量的PD15對水泥漿迷你坍度的影響(W / C = 0.3) 92 圖4-3-4 PD15(a) 在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 ( 0 min) 94 圖4-3-5 PD15(a) 在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (60 min) 94 圖4-3-6 PD15(c) 在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (0 min) 95 圖4-3-7 PD15(c) 在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (60 min) 95 圖4-3-8 PD15(d) 在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (0 min) 96 圖4-3-9 PD15(d) 在不同水灰比之水泥漿迷你坍度 (60 min) 96 圖4-3-10 添加PD15與STF對水泥漿迷你坍度的影響(W / C = 0.27 , 0 min) 99 圖4-3-11 添加PD15與STF對水泥漿迷你坍度的影響(W / C = 0.27 , 60 min) 99 圖4-3-12 添加PD15與STF對水泥漿迷你坍度的影響(W / C = 0.24 , 0 min) 100 圖4-3-13 添加PD15與STF對水泥漿迷你坍度的影響(W / C = 0.24 , 60 min) 100 圖4-3-14 PD15之分子量對水泥漿迷你坍度的影響 (W / C = 0.27) 101 圖4-3-15 PD15之分子量對水泥漿迷你坍度的影響 (W / C = 0.24) 101 圖4-3-16 PD15在不同水灰比之水泥漿迷你坍度的影響(0.6 wt% , 0 min) 102 圖4-3-17 不同劑量的PD15在水泥表面的吸附量(W / C = 0.6 , 30 min) 106 圖4-3-18 PD15(a) 在水泥表面之動態吸附圖(W / C = 0.6 , SP = 0.5 wt%) 106 圖4-3-19 PD15(c) 在水泥表面之動態吸附圖(W / C = 0.6 , SP = 0.5 wt%) 107 圖4-3-20 PD15(d) 在水泥表面之動態吸附圖(W / C = 0.6 , SP = 0.5 wt%) 107 圖4-3-21 不同時間PD15在水泥表面的吸附量(W / C = 0.6 , SP = 0.5 wt%) 108 圖4-3-22 不同劑量的PD15在水泥之界達電位(W / C = 4000 , 30 min) 110 圖4-3-23 添加PD15與STF之水泥砂漿流度(W / C = 0.485 , 0min) 112 圖4-3-24 添加PD15與STF之水泥砂漿流度(W / C = 0.485 , 60min) 112 圖4-3-25 添加PD15與STF之水泥砂漿流度(W / C = 0.42 , 0min) 113 圖4-3-26 添加PD15與STF之水泥砂漿流度(W / C = 0.42 , 60min) 113 圖4-4-1 blank之混凝土的坍流度 (0 min , 60 min) 116 圖4-4-2 添加STF之混凝土的坍流度(0 min , 60 min ; SP = 0.4 wt%) 116 圖4-4-3 添加PD110之混凝土的坍流度(0 min , 60 min ; SP = 0.2 wt%) 116 圖4-4-4 添加PD15(b) 之混凝土的坍流度(0 min , 60 min ; SP = 0.2 wt%) 117 圖4-4-5 添加PD15(c) 之混凝土的坍流度(0 min , 60 min ; SP = 0.3 wt%) 117 表目錄 表2-1-1 卜特蘭水泥之主要成份 2 表2-1-2 不同卜特蘭水泥的成份與性質 3 表2-1-3 水泥水化方程式 5 表2-4 相關文獻彙集 28 表3-3-1 實驗變數 34 表4-1-1 水泥之性質 35 表3-6-1 PD合成條件 41 表3-6-2 混凝土配合比例設計表 47 表3-6-3 粗細骨材之物理性質 48 表3-5 粗細骨材篩分析 48 表4-1-1 不同單體比例之PD的代號與性質 56 表4-1-2 不同分子量之PD15的代號與性質 56 表4-1-4 PD的羧酸根莫耳分率之進料值與出料值 62 表4-1-5 PD15的羧酸根莫耳分率之進料值與出料值 62 表4-2-1 PD與STF對水泥漿(W/C = 0.3)迷你坍度之關係 67 表4-2-2 不同比例的PD之C 83 表4-2-3 添加0.6 wt% 的PD於水泥漿體之界達電位 85 表4-3-1 PD15與STF對水泥漿(W/C = 0.3)迷你坍度之關係 92 表4-3-2 不同分子量的PD15之Cmax 108 表4-3-3 添加0.6 wt% 的PD15於水泥漿體之界達電位 110 表4-4-1 共聚物對混凝土坍流度及抗壓強度之影響 115

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