氨基磺酸鹽高效減水劑的合成改性及應用

      摘　要:本文主要通過實驗確定反應體系最佳的反應時間、反應溫度,以及用改性劑改善氨基磺酸鹽對水泥的適應性并降低成本,還通過對水泥凈漿流動度與其經時變化及混凝土減水率、強度等項目的試驗進行驗證。

      關鍵詞:高效減水劑;氨基磺酸鹽;減水率;凈漿流動度;水泥適應性;改性劑

　　隨著國家水泥新標準的實施,水泥生產的工藝參數有所變化,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性存在問題,出現減水率降低和坍落度損失過大等問題,甚至與現有的氨基磺酸鹽高效減水劑有時也不適應,因此要在氨基磺酸鹽高效減水劑的基礎上加以改性,使其與水泥的適應性有所提高,適應范圍有所增大。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,以及反應溫度、反應時間、酸堿度工藝參數對產物性能的影響,并研究了合成產物的應用特性。

      1　實驗部分

      1. 1　合成原理:氨基磺酸系高效減水劑是以對氨基苯磺酸鈉、苯酚、甲醛為原料,以水為介質,在加熱條件下縮合反應而成。主要反應過程有: 酚的羥甲基化、堿性條件下的縮合反應和堿性條件下的分子重排反應,產物的分子結構如圖1所示。其產物的化學結構特點是分支多,疏水基分子段較短,極性較強。

      1. 2　合成工藝:稱取一定量的對氨基苯磺酸鈉,置于裝有溫度計、攪拌器、滴液漏斗的三口瓶中,加入苯酚和自來水,升溫到一定值使其全部溶解,邊攪拌邊加入堿性溶液調節(jié)PH值,緩慢滴加甲醛,在恒定溫度下保溫一段時間后,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,編號為N - 2#。

      1. 3　測試與表征
      1. 3. 1　水泥凈漿流動度的測定:試驗按照《混凝土外加劑勻質性試驗方法》(GB /T8077 - 2000)進行。試樣測試初始流動度后,裝入試驗杯,蓋上蓋子,到測定時間后攪拌均勻測定流動度。

      1. 3. 2　混凝土減水率的測定:參照《普通混凝土配合比設計規(guī)程》( JGJ55 - 2000)進行。在保持坍落度相同(80mm ±10mm)的前提下,通過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, 計算相應的減水率。混凝土減水率WR = [ (W0 - W1 ) /W0 ] ×100% ,其中W0 為基準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　結果與討論

      2. 1　合成反應工藝參數的影響

      2. 1. 1　在反應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# ,對其合成產物性能的影響見表1。

　   由表1水泥凈漿流動度可以看出, N - 1#在表1摻量下,最不適應冀東P. C32. 5R, N - 2#對表中這四種水泥適應性都很好,并且30min、60min水泥凈漿流動度經時損失要明顯小于N - 1# ,這說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度經時保持性,同時增大了水泥的適應范圍。

      2. 1. 2　溫度和時間對合成產物性能的影響,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構,所含基團等直接影響其性能,因此合成反應溫度和反應時間都有很大影響。當溫度較低時,副反應少,反應時間相對延長,提高反應溫度能夠縮短反應時間,但溫度過高時則反應不易控制。下面就不同反應時間及溫度對合成產物性能的影響試驗見表2。

　  從表4可以看出,針對水泥PH值,調節(jié)合成產物的PH值與之相近,也能有效解決經時損失大的問題, 但是PH也不能過高,否則帶入混凝土的堿含量超標,一般PH值最大為9。

      2. 1. 4　控制體系恒溫結束后加助劑R或加改性劑1、改性劑2對產品穩(wěn)定性的影響(即普通氨基磺酸 鹽和改性氨基磺酸鹽) ,試驗結果見表5。

　  從表5試驗結果可見,N - 1#氨基磺酸鹽和N - 2# 改性氨基磺酸鹽在長達70天的室內常溫儲存期內, 其減水性能及流動度損失都比較穩(wěn)定,這說明N - 1#、N - 2#氨基磺酸鹽儲存穩(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表6。

      從表6可以看出,氨基磺酸鹽飽和點比較明顯,N- 1#飽和點摻量為1. 2%,N - 2#飽和點摻量為1. 0% , 可見改性后的氨基磺酸鹽比普通氨基磺酸鹽飽和點摻量低,而且凈漿流動度大,當摻量達到上述飽和點摻量以后, 。水泥凈漿的分散效果就相當好,流動度基本不再增大,有時還有所下降,同時還會出現不同程度的泌水。因此在工程實際使用時,也應該根據水泥尋找相應的飽和點摻量,以便于降低使用成本和保證工程質量。

      2. 3　合成產物對不同水泥的適應性分析: 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,測定其凈漿流動度結果見表1,由表1結果可知, N - 1#型氨基磺酸鹽高效減水劑沒有N - 2#改性氨基磺酸鹽高效減水劑對表中不同標號、品種的水泥適應性好,N - 2#與表中4種水泥凈漿流動度不但起始大,而且30min、60min凈漿損失也最小,且與表1中水泥都適應,這說明N -2#與水泥的適應性要好于N - 1#。

      2. 4　N - 1#、N - 2#與萘系及輔料復配的泵送劑效果。氨基磺酸鹽單摻易產生泌水,為了解決泌水問題,將N - 1#、N - 2#與萘系高效減水劑(粉體) 、輔料加以復配,配制STY - AⅡ泵送劑,試驗結果如表7。

　   通過表7試驗結果看, N - 1#單摻泌水程度比N- 2#嚴重,但通過與萘系及輔料二元復配,泌水現象有明顯改善,且凈漿流動度損失都明顯減小,N - 2#尤為顯著。

      2. 5　混凝土的減水率及強度試驗見表8

　　從表8混凝土試配結果可見: N - 1#、N - 2#所測項目均符合GB8076 - 1997一等品要求,且N - 2#減水率及強度均高于N - 1# ,不足之處易產生泌水。2. 6 N - 1#、N - 2#配制成泵送劑時混凝土的坍落度增加值及強度見表9 (砼配比: 水泥330kg、砂718kg、石1171kg、水175kg) 。
　
      從表9試驗結果看,使用以氨基磺酸鹽與其它輔料及萘系進行復配成泵送劑時,砼拌合物坍落度增加150mm以上,且各齡期強度均能滿足JC473 - 2001標準一等品要求,復配后也有效解決了氨基磺酸鹽單摻易產生泌水的問題。

      3　結論
      3. 1　合成氨基磺酸鹽高效減水劑的主要工藝參數(反應溫度、體系酸堿度、反應時間)最佳反應條件為:反應體系PH值為8 - 9、反應溫度為85 - 90℃,反應時間為5小時。

      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、對不同水泥的適應性強等優(yōu)點,但氨基磺酸鹽高效減水劑的飽和點比較明顯,在使用時摻量要根據水泥而定,摻量偏高時容易造成混凝土的泌水、離析和扒底,但經與萘系及輔料復配使用可有效解決此種現象。

      3. 3　改性后的氨基磺酸鹽高效減水劑N - 2#在水泥適應性、減水率、砼坍落度增加值及強度方面均要好于普通型氨基磺酸鹽高效減水劑N - 1#。

      依據標準
      [ 1 ]國家標準《混凝土外加劑勻質性試驗方法》GB /T8077 - 2000
      [ 2 ]行業(yè)標準《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ55 - 2000