摘 要:對(duì)萘系高效減水劑進(jìn)行了改性研究;運(yùn)用溶液聚合方法,獲得了一種低坍損高性能減水劑;討論了合成機(jī)理,測(cè)試了混凝土樣品性能;結(jié)果表明:該產(chǎn)品減水劑具有優(yōu)良的工作性能、高減水性、混凝土性能等特性.
關(guān)鍵詞:低坍損;萘系高效減水劑;改性;溶液聚合
傳統(tǒng)萘系減水劑具有高減水性,但混凝土坍落度損失大、發(fā)粘、減水率不能有效提高.添加復(fù)合緩凝成分的減水劑,質(zhì)量不穩(wěn)定,影響混凝土凝結(jié)硬化和耐久性,為了改進(jìn)這些性能,國(guó)內(nèi)外研究者做了大量的試驗(yàn)和探索,目前雖有對(duì)萘系減水劑化學(xué)改性的報(bào)道,但并未有突破性進(jìn)展.國(guó)際上出現(xiàn)的聚羧酸類高效減水劑性能已超過了萘系產(chǎn)品,但價(jià)格昂貴,至今國(guó)內(nèi)難以完整掌握該產(chǎn)品核心技術(shù),還處在研制階段,萘系產(chǎn)品在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)還有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng).本文在不影響普通萘系減水劑優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上,從降低拌合混凝土坍落度損失出發(fā),吸收聚羧酸類減水劑研究成果經(jīng)驗(yàn)[1],根據(jù)分散緩釋機(jī)理,結(jié)合萘系減水劑特性,進(jìn)行了萘系減水劑的改性研究[2-3].
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 合成
1.1.1 合成原料與設(shè)備
工業(yè)萘含量95%;工業(yè)硫酸含量98%;工業(yè)甲醛含量37%;異丙胺試劑;帶溫度計(jì);冷凝管;攪拌器;密封裝置的四口燒瓶;帶電熱套的自動(dòng)溫控裝置.
1.1.2 合成方法與工藝路線
磺化:將一定量的萘置于反應(yīng)器中緩慢升溫至熔化,在140℃條件下將一定量濃硫酸緩慢注入四口燒瓶,升溫至165℃連續(xù)攪拌反應(yīng)2.5h;水解:降低溫度至120℃,在四口燒瓶中滴加少量水,反應(yīng)0.5h;縮聚:滴加少量濃硫酸至酸度30%,調(diào)溫至110℃.中和:先慢后快滴入一定量甲醛密封攪拌,反應(yīng)5.5h;加入異丙胺與萘磺酸聚合物反應(yīng),至pH=7制得低水溶性減水劑.
1.2 性能試驗(yàn)
1.2.1 試驗(yàn)材料
水泥:河南海軍水泥廠42.5P.R;安陽河砂:JGJ-52-79標(biāo)準(zhǔn),模數(shù)2.6～2.9中砂;石子:JGJ-53-79標(biāo)準(zhǔn),粒徑5～20mm.自制改性萘系減水劑;萘系高效減水劑UNF(β-萘磺酸與甲醛共聚合物).
1.2.2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與項(xiàng)目
參照GB/T8077-2000,GB8076-1997;聚合物液相物理化學(xué)性質(zhì);聚合物固摻量對(duì)凈漿性能的影響;聚合物固摻量對(duì)混凝土性能的影響.
2 結(jié)果與討論
2.1 原料配比選擇與聚合工藝條件的確定[4]有關(guān)萘的磺化、α-萘磺酸酸水解、β
溫度110℃時(shí)進(jìn)行縮聚.產(chǎn)物羥甲基-β-萘磺酸縮聚物結(jié)構(gòu):
普通萘系減水劑往往采用NaOH、CaO與羥甲基-β-萘磺酸縮聚物進(jìn)行中和反應(yīng)形成萘磺酸鹽,制成低濃度、高濃度液體或粉劑.該類減水劑水溶性好,在混凝土中伴隨水泥水化作用很快吸附于顆粒表面,液相中濃度快速降低,導(dǎo)致坍落度損失迅速增大,降低了拌合混凝土質(zhì)量;胺類有機(jī)物與高分子中的磺酸基團(tuán)的反應(yīng)類似于酸堿反應(yīng),能夠降低聚合物大
分子水溶性,但是在強(qiáng)堿性條件下又能釋出有機(jī)胺,恢復(fù)其溶解性能;羥甲基-β-萘磺酸聚合物與胺的反應(yīng),相當(dāng)于把磺酸基封鎖起來,加入混凝土后隨水化作用介質(zhì)堿性增強(qiáng),緩慢釋出磺酸基,起到緩凝效果,降低坍落度損失.基于上述原理,本文選擇異丙胺,110℃下加入進(jìn)行中和反應(yīng)至pH=7.反應(yīng)式:
2.2 聚合物的性質(zhì)
該聚合物為大分子有機(jī)銨鹽,呈憎水性,在中性及弱堿性條件下是穩(wěn)定的,在強(qiáng)堿性條件下發(fā)生分解,重新轉(zhuǎn)化為磺酸和胺.其固體產(chǎn)品分解溫度較高,因此可制成固體產(chǎn)品使用.在摻入混凝土后,由于水泥水化過程由弱堿性向強(qiáng)堿性變化,在該過程中難溶大分子逐漸水解溶于水,磺酸基逐漸釋出,在一定時(shí)間內(nèi)體相含量相對(duì)穩(wěn)定,使得混凝土具備較高的減水性和良好的保坍性能,在1h之內(nèi)坍落度損失很小.產(chǎn)物相關(guān)物理化學(xué)性能如表1.該產(chǎn)品在反應(yīng)條件下呈褐色水溶液狀態(tài),常溫、中性條件時(shí)產(chǎn)生沉淀,強(qiáng)堿性條件易水解;常溫溶解性見表2.
水泥水化時(shí)酸度變化,隨時(shí)間延長(zhǎng)pH值增大,在30～90minpH值達(dá)最大12.5.即減水劑在該體系中時(shí),磺酸根釋出需要一定時(shí)間,確保了混凝土坍落度損失在此段時(shí)間內(nèi)基本不變或緩慢變化.
2.3 減水劑對(duì)水泥凈漿性能的影響
2.3.1 減水劑摻量對(duì)水泥漿體分散性的影響
由圖1可知普通萘系減水劑(系列1,市售UNF)與自制減水劑(系列2)在W/C=0.29時(shí),減水劑摻量對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響,表明改性減水劑分散性良好.
2.3.2 減水劑在水泥中分散性保持效果
圖2:在25℃,減水劑摻量各為水泥用量0.7%條件下,測(cè)定了水泥凈漿流動(dòng)度隨時(shí)間的變化關(guān)系.(系列1,市售UNF;系列2,自制減水劑)結(jié)果表明:自制改性減水劑的凈漿流動(dòng)性保持效果遠(yuǎn)高于市售UNF產(chǎn)品的流動(dòng)性保持效果;并且自制改性減水劑在摻加初期,水泥凈漿流動(dòng)性呈上升趨勢(shì),這是由于水泥水化,介質(zhì)堿性增強(qiáng),減水劑緩慢釋放所致.
2.4 減水劑對(duì)混凝土性能的影響
2.4.1 減水劑摻量與坍落度關(guān)系
在混凝土配比C∶S∶G∶W=3.3∶7.6∶11.5∶2.1條件下,坍落度85mm,改變減水劑用量,其用量與坍落度變化關(guān)系如圖3.表明隨減水劑摻量增加坍落度增大,當(dāng)減水劑摻量大于0.7%時(shí)坍落度增大減慢.
2.4.2 摻加減水劑混凝土坍落度(坍落度損失)
在分別0.7%減水劑摻量下,市售UNF與自制減水劑測(cè)試數(shù)據(jù)如表3.數(shù)據(jù)表明:改性減水劑與同類產(chǎn)品相比具有良好坍落度保持效果,方便大型施工,對(duì)降低施工消耗,提高施工質(zhì)量,有重要意義.
2.4.3 減水劑摻量對(duì)混凝土減水率和制品抗壓強(qiáng)度的影響
以初始坍落度80mm的空白減水劑混凝土水含量為基準(zhǔn),分別測(cè)試了以水泥量0.3%,0.4%,0.5%,0.6%,0.7%,0.8%,0.9%的減水劑摻量下減水率和制品在3d,7d,28d的抗壓強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度比.測(cè)試結(jié)果如表4.
表4表明混凝土減水率隨減水劑摻量增大而增大,該減水劑在水泥中具有良好的分散穩(wěn)定性;抗壓強(qiáng)度隨減水劑摻量增大而增大,說明了該產(chǎn)品的混凝土增強(qiáng)效果;抗壓強(qiáng)度比隨減水劑摻量增加,在短時(shí)間內(nèi)增長(zhǎng)很快,28d試樣測(cè)試,減水劑制品抗壓強(qiáng)度比接近155,減水劑含量繼續(xù)提高,抗壓強(qiáng)度及強(qiáng)度比無明顯增加.
3 結(jié)論
該減水劑具備優(yōu)異的工作性能:表現(xiàn)在保坍性能遠(yuǎn)優(yōu)于普通萘系減水劑,1h內(nèi)幾乎無坍落度損失;同時(shí)對(duì)水泥凈漿流動(dòng)性、混凝土的減水性、抗壓強(qiáng)度等主要指標(biāo)無不良影響;生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,便于推廣應(yīng)用:該生產(chǎn)工藝是在普通萘系成熟工藝上的改進(jìn),只是在中和反應(yīng)階段,選用了新的對(duì)施工有利堿性組分;使用操作方便:混凝土一次拌合,不再引用復(fù)合緩凝材料,不再采用后摻或多次摻加及現(xiàn)場(chǎng)拌合等繁瑣操作.
參考文獻(xiàn)
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