氨基磺酸鹽高效減水劑的合成改性及應(yīng)用

摘　要:本文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定反應(yīng)體系最佳的反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度,以及用改性劑改善氨基磺酸鹽對(duì)水泥的適應(yīng)性并降低成本,還通過(guò)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度與其經(jīng)時(shí)變化及混凝土減水率、強(qiáng)度等項(xiàng)目的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞:高效減水劑;氨基磺酸鹽;減水率;凈漿流動(dòng)度;水泥適應(yīng)性;改性劑

　　隨著國(guó)家水泥新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,水泥生產(chǎn)的工藝參數(shù)有所變化,目前使用最廣泛的萘系及三聚氰胺系高效減水劑與水泥的適應(yīng)性存在問(wèn)題,出現(xiàn)減水率降低和坍落度損失過(guò)大等問(wèn)題,甚至與現(xiàn)有的氨基磺酸鹽高效減水劑有時(shí)也不適應(yīng),因此要在氨基磺酸鹽高效減水劑的基礎(chǔ)上加以改性,使其與水泥的適應(yīng)性有所提高,適應(yīng)范圍有所增大。本文探討了改性氨基磺酸鹽高效減水劑的合成工藝,討論了普通氨基磺酸鹽, 改性氨基磺酸鹽,以及反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、酸堿度工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)物性能的影響,并研究了合成產(chǎn)物的應(yīng)用特性。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　合成原理:氨基磺酸系高效減水劑是以對(duì)氨基苯磺酸鈉、苯酚、甲醛為原料,以水為介質(zhì),在加熱條件下縮合反應(yīng)而成。主要反應(yīng)過(guò)程有:酚的羥甲基化、堿性條件下的縮合反應(yīng)和堿性條件下的分子重排反應(yīng),產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。其產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是分支多,疏水基分子段較短,極性較強(qiáng)。

1.2　合成工藝:稱(chēng)取一定量的對(duì)氨基苯磺酸鈉,置于裝有溫度計(jì)、攪拌器、滴液漏斗的三口瓶中,加入苯酚和自來(lái)水,升溫到一定值使其全部溶解,邊攪拌邊加入堿性溶液調(diào)節(jié)PH值,緩慢滴加甲醛,在恒定溫度下保溫一段時(shí)間后,將其分成兩部分,一部分加入助劑R然后冷卻,得到普通型氨基磺酸鹽,編號(hào)為N- 1#;另一部分加入改性劑1,恒溫30分鐘后再加入改性劑2,在恒溫30分鐘,然后冷卻,加五分之一的水稀釋,即可得到液體改性氨基磺酸鹽高效減水劑,編號(hào)為N-2#。

1.3　測(cè)試與表征
1.3.1　水泥凈漿流動(dòng)度的測(cè)定:試驗(yàn)按照《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》(GB/T8077-2000)進(jìn)行。試樣測(cè)試初始流動(dòng)度后,裝入試驗(yàn)杯,蓋上蓋子,到測(cè)定時(shí)間后攪拌均勻測(cè)定流動(dòng)度。

1.3.2　混凝土減水率的測(cè)定:參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55-2000)進(jìn)行。在保持坍落度相同(80mm±10mm)的前提下,通過(guò)摻加一定量的減水劑后的混凝土與空白混凝土相比用水量的減少, 計(jì)算相應(yīng)的減水率?；炷翜p水率WR=[(W0- W1)/W0]×100%,其中W0為基準(zhǔn)混凝土每立方米用水量,W1為摻外加劑混凝土每立方米用水量。

2　結(jié)果與討論

2.1　合成反應(yīng)工藝參數(shù)的影響

2.1.1　在反應(yīng)體系恒溫完后加助劑R吸附殘余甲醛合成N-1#,恒溫后利用殘余甲醛與改性劑1、改性劑2再次合成N-2#,對(duì)其合成產(chǎn)物性能的影響見(jiàn)表1。

　 由表1水泥凈漿流動(dòng)度可以看出,N-1#在表1摻量下,最不適應(yīng)冀東P.C32.5R,N-2#對(duì)表中這四種水泥適應(yīng)性都很好,并且30min、60min水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失要明顯小于N-1#,這說(shuō)明利用殘余甲醛與改性劑1、改性劑2再次合成,有利于水泥凈漿流動(dòng)度經(jīng)時(shí)保持性,同時(shí)增大了水泥的適應(yīng)范圍。

2.1.2　溫度和時(shí)間對(duì)合成產(chǎn)物性能的影響,氨基磺酸鹽高效減水劑作為芳香族磺酸甲醛縮合物,其聚合度以及分子鏈結(jié)構(gòu),所含基團(tuán)等直接影響其性能,因此合成反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間都有很大影響。當(dāng)溫度較低時(shí),副反應(yīng)少,反應(yīng)時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng),提高反應(yīng)溫度能夠縮短反應(yīng)時(shí)間,但溫度過(guò)高時(shí)則反應(yīng)不易控制。下面就不同反應(yīng)時(shí)間及溫度對(duì)合成產(chǎn)物性能的影響試驗(yàn)見(jiàn)表2。

　 從表4可以看出,針對(duì)水泥PH值,調(diào)節(jié)合成產(chǎn)物的PH值與之相近,也能有效解決經(jīng)時(shí)損失大的問(wèn)題, 但是PH也不能過(guò)高,否則帶入混凝土的堿含量超標(biāo),一般PH值最大為9。

2.1.4　控制體系恒溫結(jié)束后加助劑R或加改性劑1、改性劑2對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響(即普通氨基磺酸 鹽和改性氨基磺酸鹽),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

　 從表5試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn),N-1#氨基磺酸鹽和N-2# 改性氨基磺酸鹽在長(zhǎng)達(dá)70天的室內(nèi)常溫儲(chǔ)存期內(nèi), 其減水性能及流動(dòng)度損失都比較穩(wěn)定,這說(shuō)明N-1#、N-2#氨基磺酸鹽儲(chǔ)存穩(wěn)定性好。
2.2　N-1#、N-2#不同摻量下水泥的凈漿分散效果見(jiàn)表6。

從表6可以看出,氨基磺酸鹽飽和點(diǎn)比較明顯,N-1#飽和點(diǎn)摻量為1.2%,N-2#飽和點(diǎn)摻量為1.0%, 可見(jiàn)改性后的氨基磺酸鹽比普通氨基磺酸鹽飽和點(diǎn)摻量低,而且凈漿流動(dòng)度大,當(dāng)摻量達(dá)到上述飽和點(diǎn)摻量以后,。水泥凈漿的分散效果就相當(dāng)好,流動(dòng)度基本不再增大,有時(shí)還有所下降,同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)不同程度的泌水。因此在工程實(shí)際使用時(shí),也應(yīng)該根據(jù)水泥尋找相應(yīng)的飽和點(diǎn)摻量,以便于降低使用成本和保證工程質(zhì)量。

2.3　合成產(chǎn)物對(duì)不同水泥的適應(yīng)性分析: 將合成的普通型N-1#和改性N-2#氨基磺酸鹽高效減水劑加入不同的水泥中,測(cè)定其凈漿流動(dòng)度結(jié)果見(jiàn)表1,由表1結(jié)果可知,N-1#型氨基磺酸鹽高效減水劑沒(méi)有N-2#改性氨基磺酸鹽高效減水劑對(duì)表中不同標(biāo)號(hào)、品種的水泥適應(yīng)性好,N-2#與表中4種水泥凈漿流動(dòng)度不但起始大,而且30min、60min凈漿損失也最小,且與表1中水泥都適應(yīng),這說(shuō)明N-2#與水泥的適應(yīng)性要好于N-1#。

2.4　N-1#、N-2#與萘系及輔料復(fù)配的泵送劑效果。氨基磺酸鹽單摻易產(chǎn)生泌水,為了解決泌水問(wèn)題,將N-1#、N-2#與萘系高效減水劑(粉體)、輔料加以復(fù)配,配制STY-AⅡ泵送劑,試驗(yàn)結(jié)果如表7。

　 通過(guò)表7試驗(yàn)結(jié)果看,N-1#單摻泌水程度比N-2#嚴(yán)重,但通過(guò)與萘系及輔料二元復(fù)配,泌水現(xiàn)象有明顯改善,且凈漿流動(dòng)度損失都明顯減小,N-2#尤為顯著。

2.5　混凝土的減水率及強(qiáng)度試驗(yàn)見(jiàn)表8

　　從表8混凝土試配結(jié)果可見(jiàn):N-1#、N-2#所測(cè)項(xiàng)目均符合GB8076-1997一等品要求,且N- 2#減水率及強(qiáng)度均高于N-1#,不足之處易產(chǎn)生泌水。2.6N-1#、N-2#配制成泵送劑時(shí)混凝土的坍落度增加值及強(qiáng)度見(jiàn)表9(砼配比:水泥330kg、砂718kg、石1171kg、水175kg)。
　
從表9試驗(yàn)結(jié)果看,使用以氨基磺酸鹽與其它輔料及萘系進(jìn)行復(fù)配成泵送劑時(shí),砼拌合物坍落度增加150mm以上,且各齡期強(qiáng)度均能滿(mǎn)足JC473-2001標(biāo)準(zhǔn)一等品要求,復(fù)配后也有效解決了氨基磺酸鹽單摻易產(chǎn)生泌水的問(wèn)題。

3　結(jié)論
3.1　合成氨基磺酸鹽高效減水劑的主要工藝參數(shù)(反應(yīng)溫度、體系酸堿度、反應(yīng)時(shí)間)最佳反應(yīng)條件為:反應(yīng)體系PH值為8-9、反應(yīng)溫度為85-90℃,反應(yīng)時(shí)間為5小時(shí)。

3.2　合成的氨基磺酸鹽高效減水劑具有減水率高、坍落度損失小、對(duì)不同水泥的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但氨基磺酸鹽高效減水劑的飽和點(diǎn)比較明顯,在使用時(shí)摻量要根據(jù)水泥而定,摻量偏高時(shí)容易造成混凝土的泌水、離析和扒底,但經(jīng)與萘系及輔料復(fù)配使用可有效解決此種現(xiàn)象。

3.3　改性后的氨基磺酸鹽高效減水劑N-2#在水泥適應(yīng)性、減水率、砼坍落度增加值及強(qiáng)度方面均要好于普通型氨基磺酸鹽高效減水劑N-1#。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
[1]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》GB/T8077- 2000
[2]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2000