氨基磺酸系高效減水劑的研究

    近年來，隨著高流態(tài)、高耐久和高強(qiáng)度的高性能砼的推廣與普及，對砼外加劑提出更高更新的要求,國內(nèi)外研究人員除對原有高效減水劑進(jìn)行各種改性研究以外，更著重于研究開發(fā)新型高效減水劑，這些新型高效減水劑與萘系、三聚氰胺系減水劑相比，具有較低的摻量、較高的減水率和良好的耐久性，且具有控制坍落度損失的功能，同時具有較好的水泥適應(yīng)性，這些產(chǎn)品生產(chǎn)過程廢水廢氣排放少，產(chǎn)品無結(jié)晶沉淀，聚羧酸系、氨基磺酸系這兩類新型高效減水劑，因其減水率高，而且具有控制坍落度損失的功能，生產(chǎn)工藝又相對簡單，因而成為近年來世界各國研究熱點(diǎn)，也是我國減水劑今后發(fā)展的方向。

 

    在日本，八十年代末，氨基磺酸系減水劑就已得到開發(fā)應(yīng)用，如商品名NL—4000、NP－20高效減水劑，進(jìn)入九十年代，我國也對這類外加劑開展研究，并在北京、天津、東北各地區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)。上海建科院于2001年6月在國內(nèi)率先研究成功LEX-9聚羧酸系減水劑。并于2002年6月開始立項氨基磺酸系高效減水劑的研究。課題研究根據(jù)氨基磺酸高效減水劑的特點(diǎn)，進(jìn)行分子設(shè)計、控制產(chǎn)品的官能團(tuán)種類及比例，通過加成共縮合反應(yīng)，得到氨基磺酸系高效減水劑（簡稱AS劑）的實驗室小樣。其性能達(dá)到日本土木學(xué)會混凝土用化學(xué)外加劑（JISA6204-1995）標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求，并具有較好的水泥適應(yīng)性。

 

  

     氨基磺酸系高效減水劑屬單環(huán)芳烴氨基磺酸甲醛縮合物，用對氨基苯磺酸鈉和苯酚為主要原料，在水體系中與甲醛加熱共縮聚而成，其結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為，分子中憎水性的主鏈?zhǔn)莵喖谆B接的單環(huán)芳烴，而在環(huán)上分布著－SO₃H、－OH、－NH₂等親水基團(tuán)，其中－SO₃H主要顯示高減水率，－NH₂、－OH等顯示優(yōu)良的緩凝保坍作用。其結(jié)構(gòu)式表示如下：

 

R=H、 CH₂OH、CH₂NHC₆H₄SO₃Na、CH₂C₆H₄OH

   

    圖1 單環(huán)芳烴高效減水劑的結(jié)構(gòu)示意圖

 

    （1）含－OH、－NH₂、－COOH、－SO₃H基的芳烴原料；

    （2）水楊酸尿素、三乙醇胺等；

    2000ml器皿燒瓶，球形回流冷凝管、加熱油浴、滴液管；

    將適當(dāng)比例的苯酚，對氨基苯磺酸、改性劑等加熱溶解，在一定量的水中，加適量甲醛并升溫反應(yīng)，調(diào)節(jié)溶液PH（得到棕紅色透明液體）。

 

    2.4產(chǎn)品勻質(zhì)性：密度：1.13g/ml、Cl^-含量：0.05％、總堿含量：3.50 ％；pH值：11.0

    外觀：棕紅色透明液體。

 

    試驗選擇攪拌站常用的上海聯(lián)合水泥廠PO42.5水泥以及與常用外加劑適應(yīng)性較差的申金PO42.5水泥，盤古PO42.5水泥。試驗按照GB/T8077-2000《砼外加劑勻質(zhì)性試驗方法》進(jìn)行，將AS劑與萘系減水劑比較結(jié)果見表1。

 

 

    由試驗可知：

    （1）AS劑除與常用水泥（聯(lián)合）PO42.5有較好的適應(yīng)性外，對與常用外加劑不相適應(yīng)的申金PO42.5、盤古PO42.5水泥也有好的適應(yīng)性。

    （2）AS劑與萘系相比，在達(dá)到相同凈漿流動度時，AS劑的摻量較萘系低40％左右，120分鐘經(jīng)時流動性保持不損失且呈經(jīng)時增大趨勢。

    注：液體減水劑按其含量扣除水分。

 

    總所周知，減水劑在不同配合比和不同坍落度的砼中減水率不相一致，以下采用砼外加劑（GB8076-1997）、砼泵送劑（JC473-2001）砼用化學(xué)外加劑（JISA6204-1995）標(biāo)準(zhǔn)來判斷AS劑的減水率。見表2—4。

 

 

  

    以上數(shù)據(jù)看出，用三種不同的標(biāo)準(zhǔn)方法，AS減水率在25％左右，稍高于同類產(chǎn)品天津，比萘系減水率高。

 

    為驗證AS劑對各種水泥的適應(yīng)性，選擇了四種市場常見的PI、PS、PO，基準(zhǔn)水泥進(jìn)行試驗，試驗按JISA6204-1995標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。見表5。

 

  

    以上數(shù)據(jù)表明，AS劑對各種典型水泥均有很好適應(yīng)性，強(qiáng)度超過JISA6204-1995中規(guī)定指標(biāo)，相比之下，在PS32.5礦渣水泥中效果優(yōu)于其它三種水泥。

 

    試驗按JISA6204-1995標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

    以上數(shù)據(jù)看出，在一定摻量范圍內(nèi)，減水率及強(qiáng)度增長隨著摻量增加而提高。當(dāng)AS劑摻量為0.6％時，減水率為12％及14％的強(qiáng)度增長，當(dāng)摻量同為1.2％時，AS劑的減水率、強(qiáng)度以及經(jīng)時坍落度均稍優(yōu)于同類國內(nèi)對比樣，當(dāng)摻量達(dá)到1.5％時，AS劑的減水作用增幅趨緩、強(qiáng)度不再增加，但坍落度保持更趨于穩(wěn)定。

 

    試驗按JISA6204-1995標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，水泥品種：聯(lián)合PO42.5。

 

   

    以上數(shù)據(jù)表明，AS具有明顯的坍落度保持作用，新拌砼性能及抗壓強(qiáng)度、收縮等性能均符合JISA6204-1995標(biāo)準(zhǔn)，砼特性均有改善提高。

 

 

    試驗證明，不同減水劑坍落度經(jīng)時變化如圖2，萘系坍落度損失大于氨基磺酸系，這與水泥對高效減水劑的吸附形態(tài)有關(guān)，氨基磺酸系高效減水劑被水泥粒子吸附是剛性垂直鏈吸附（   ），萘系則為剛性橫臥吸附，前者具有立體的分散效果，減水率高，可使水泥粒子穩(wěn)定分散，坍落度經(jīng)時損失小，而后者是平面排斥力，水泥粒子容易產(chǎn)生物理凝聚，坍落度損失快，如圖2。

 

    試驗按照J(rèn)ISA 6204-1995標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 。

 

   以上數(shù)據(jù)表明：AS劑與萘系高效減水劑有較好的相容性，當(dāng)萘系減水劑與AS劑以1：1復(fù)合，可解決摻用單一萘系減水劑產(chǎn)生的砼坍落度損失。AS劑與萘系相比，具有低的摻量（比萘系低40％），高的減水率，以及控制坍落度損失的功能。

 

    外加劑的性能價格比如表  11所示

    表11

 

    備注：以上各類外加劑的單位成本的計算按目前原材料平均價格計算。

 

    1、AS劑屬單環(huán)芳烴氨基磺酸甲醛縮合物，與萘系相比合成溫度低、工藝簡單，生產(chǎn)過程廢水廢氣排放少，產(chǎn)品無結(jié)晶沉淀。

    2、AS劑性能達(dá)到砼泵送劑（JC473-2001），日本土木學(xué)會砼用化學(xué)外加劑（JISA6204-1995）高性能AE減水劑（緩凝型）標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。

    3、AS劑與萘系相比，具有低摻量，高減水率，以及控制坍落度損失的功能。

    4、AS劑造價與性能處于萘系與聚羧酸系之間，用于一部分對萘系不相適應(yīng)的水泥中，有較明顯的經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合效果。