萘系高效減水劑的緩釋改性研究

摘要: 針對(duì)混凝土的坍落度損失問題，對(duì)萘系高效減水劑進(jìn)行了改性，制備出一種具有緩釋特性的高效減水劑，并對(duì)其性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

關(guān)鍵詞: 混凝土外加劑萘系高效減水劑坍落度損失緩釋

0 前言

　　目前，國內(nèi)高效減水劑的應(yīng)用越來越普遍，而最常用的品種仍然是萘系減水劑。這類減水劑具有成本低、減水率高的優(yōu)點(diǎn)，但是坍落度損失問題比較嚴(yán)重，直接影響到減水劑的使用效果。如何有效地控制坍落度損失，是進(jìn)一步推廣應(yīng)用高效減水劑和開發(fā)混凝土新技術(shù)必須解決的一大問題。

　　坍落度損失的原因，首先在于水泥是一種具有水化活性的物質(zhì)，減水劑的加人有可能加速水泥的初期水化進(jìn)程;其次，水泥顆粒對(duì)減水劑的強(qiáng)烈吸附，會(huì)使液相中減水劑的有效濃度很快降低，資電位不斷下降。在減水劑中復(fù)合緩凝組分，是目前降低坍落度損失最常用的方法。但復(fù)合緩凝組分會(huì)帶來了新的問題，就是影響混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展。一般說來，ld,3d強(qiáng)度均低于不摻緩凝組分的混凝土，7d以后強(qiáng)度才能逐漸趕上。相比之下，采用具有緩釋性能的減水劑，一次摻加，緩慢釋放，使體系中減水劑的濃度得到保持或持續(xù)的增長(zhǎng)，也可以達(dá)到降低坍落度損失的目的，不僅工藝簡(jiǎn)單，而且對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度也不會(huì)產(chǎn)生不利影響。

　　萘系減水劑的主要成分是萘磺酸鹽甲醛縮合物，它是一種極性分子，其中的磺酸基是強(qiáng)的親水基團(tuán)，這是其易溶于水且溶解速度很快的根本原因。但是親水基是減水劑的功能基團(tuán)，依靠減少親水基的數(shù)量來達(dá)到降低水溶性的目的是不妥的。本文對(duì)磺酸基進(jìn)行了“封鎖”處理，使其以憎水基的面目出現(xiàn)，達(dá)到了降低溶解速度的目的。

1 制備工藝及緩釋機(jī)理

1.1 主要原料及規(guī)格

　　(1) 工業(yè)萘:含量不低于95%，北京焦化廠產(chǎn)。

　　(2) 硫酸 :分析純，濃度98%，比重1.84。北京化工廠產(chǎn)。

　　(3) 甲醛:工業(yè)品，濃度37%，比重1.05。河北正定化肥廠產(chǎn)。

　　(4) 堿及其它助劑。

1.2 合成裝置及主要反應(yīng)過程

　　試驗(yàn)室合成是一個(gè)裝有溫度計(jì)、冷凝管、攪拌器以及簡(jiǎn)單密封裝置的1000ml四口燒瓶里進(jìn)行的，加熱采用一種可以調(diào)溫并且具有恒溫功能的電熱套。經(jīng)過磺化、水解、縮合等過程，得到多核體的萘磺酸一甲醛縮合物。

　　磺酸是一種有機(jī)強(qiáng)酸，不便于運(yùn)輸和存放，所以萘系減水劑都是以磺酸鹽的形式供應(yīng)的。萘系減水劑一般用燒堿進(jìn)行中和，得到的是萘磺酸甲醛縮合物的鈉鹽。為了實(shí)現(xiàn)緩釋性能，試驗(yàn)中引人了一種有機(jī)堿，利用胺基上氮原子具有一對(duì)孤對(duì)電子的特性，通過形成共價(jià)鍵與磺酸基結(jié)合起來:

1.3 緩釋機(jī)理

　　反應(yīng)的最終產(chǎn)生的分子兩端都是有機(jī)鏈，磺酸基被“封鎖”在鏈的中間，整個(gè)分子在總體上呈現(xiàn)非極性的憎水性，達(dá)到了降低水溶性的目的。從化學(xué)組成看，該產(chǎn)物是一種胺鹽，而有機(jī)酸的胺鹽一般是不溶于水的。該物加人中性水中，以白色絮狀沉淀的形式存在;往沉淀中滴入堿，沉淀就會(huì)慢慢溶解，變成棕色水溶液。這是因?yàn)橛袡C(jī)胺鹽在中性和弱堿性環(huán)境下都是穩(wěn)定的，但在強(qiáng)堿性環(huán)境下就會(huì)分解，重新生成磺酸和胺:

　　分解以后的物質(zhì)都是溶于水的，其中磺酸陰離子是起分散作用的功能基團(tuán)。所以這種物質(zhì)的溶解性取決于環(huán)境的堿度，具有“反應(yīng)性”的特征。本文以下稱此改性產(chǎn)物為Act-FDN.

2 主要性能

2.1 產(chǎn)品性狀

　　Act -FD N為深棕褐色液體，不溶于水，pH值7土1，密度1.05 g/c m，固含量35土1% o D TA-TG-DTG(差熱一熱重一差熱重)分析的結(jié)果表明，Act - FDN的熱穩(wěn)定性略低于普通萘系減水劑，但在300℃以下無分解。

2.2 流動(dòng)性保持效果

　　(1) 水泥凈漿流動(dòng)度的保持效果[Page]

　　如表1所示，由于Act-FDN的溶出有所滯后，相當(dāng)于減水劑的后摻法，對(duì)提高其作用效率是有利的，雖然在溶液中的初始濃度不高，分散效果仍然很好。隨著水泥水化的進(jìn)行，液相中減水劑的濃度也逐漸升高，水泥凈漿流動(dòng)度不但不降低，在初期反而還有所升高。

　　(2) 混凝土坍落度保持效果及對(duì)混凝土早期強(qiáng)度的影響

　　在0. 7% C(水泥重)的典型摻量下，Act-FDN的初始坍落度略低于高效減水劑FDN，這是其緩釋性能導(dǎo)致的直接后果;但是，坍落度保持效果大為改善，且對(duì)早期強(qiáng)度(ld)幾乎沒有影響。如果用FDN復(fù)合適量緩凝劑而達(dá)到相同的坍落度保持效果時(shí)，則會(huì)嚴(yán)重降

低ld強(qiáng)度(56%)，見表2.

2.3 對(duì)混凝土性能的影響

　　(1) 坍落度

　　在一定的水泥用量(330kg/m 3)和用水量(205kg/m3)的條件下，混凝土的坍落度隨減水劑的摻量增加而

增大。試驗(yàn)結(jié)果見表30

　　(2)含氣量

　　混凝土中摻用Act-FDN后，含氣量略有增加。采用典型摻量(0.7%C)時(shí)，與基準(zhǔn)混凝土相比增加1.2%，基本上仍屬于非引氣性減水劑。

　　(3)減水率與抗壓強(qiáng)度比(見表4)[Page]

　　(4)凝結(jié)時(shí)間差.

　　在水泥用量相同(330kg/m )，坍落度基本相同(80士l0m m) ，外加劑采用典型摻量(0.7%C)的條件下，混凝土的凝結(jié)略有延緩。其中，初凝延緩104min，終凝延緩72min。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》(GB8076-1997)，仍屬標(biāo)準(zhǔn)型高效減水劑。

　　(5)泌水率比(見表5)

　　(6)對(duì)鋼筋銹蝕的影響

　　Act - FD N沒有采用含氯原料，少量的氯離子是由自來水和原料雜質(zhì)帶進(jìn)的。用硬化水泥砂漿做的陽極化電位試驗(yàn)證實(shí)，鋼筋陽極仍處于鈍化狀態(tài)，對(duì)鋼筋銹蝕無不良影響。

3 目前存在的問題

　　主要是釋放速度仍然過快，抑制坍落度損失的效果尚未達(dá)到最優(yōu);另外.由于在生產(chǎn)中引人了一種特殊原料，導(dǎo)致了成本的升高。這些問題都需在進(jìn)一步的研究中加以解決。

4 結(jié)論

　　4.1 采用具有緩釋性能的減水劑能夠有效地抑制新拌混凝土的坍落度損失，且對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度無不利影響，是一種很有前途的控制坍落度損失的方案。

　　4.2 本文在萘系減水劑的基礎(chǔ)上研制的Act-FDN,不溶于水但溶于堿，具有反應(yīng)性的特征，在堿性環(huán)境中可以分解釋放出具有分散性能的陰離子磺酸基，從而達(dá)到了降低坍落度損失的目的。因?yàn)锳ct - FDN并沒有復(fù)合緩凝組分，不同于一般的保塑劑或復(fù)合型減水劑，突出的優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)混凝土早期強(qiáng)度無不利影響。

參考 文 獻(xiàn)

　　[1]顧國芳，高性能混凝土減水劑與坍落度損失的控制，新型建筑材料，1991年第9期

　　[2]顧國芳，反應(yīng)性高分子棍凝土減水劑，化學(xué)建材，1989年第3期[3]歲永會(huì)，摻高效減水劑混凝土坍落度損失的研究，西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，1999.4

　　[4]韓光甸、趙樹偉、李述文等，有機(jī)制備化學(xué)手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，1980

　　[5]建筑材料研究院水泥研究所，混凝土減水劑，中國建筑工業(yè)出版社，1979

　　[6]邢其毅、徐瑞秋、周政，基有機(jī)化學(xué)，人民教育出版社，1980

　 原作者： 羅永會(huì) 金樹新 楊惠先
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