季铵盐型抗泥剂的合成及其性能研究

2016-09-06黎锦霞张炜梁晓彤林震广东复特新型材料科技有限公司广东新业混凝土有限公司

广东建材 2016年2期

黎锦霞张炜梁晓彤林震（广东复特新型材料科技有限公司；广东新业混凝土有限公司）

季铵盐型抗泥剂的合成及其性能研究

黎锦霞1张炜1梁晓彤1林震2
（1广东复特新型材料科技有限公司；2广东新业混凝土有限公司）

采用1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺为原料制备出一种季铵盐晶体抗泥剂，其最佳反应条件：反应温度70℃，反应时间8h。所制备季铵盐晶体抗泥剂能提高减水剂的适应性，增加混凝土流动性，抑制坍落度损失，混凝土强度提高1MPa左右，对膨润土的吸附具有较佳的抑制作用，其最佳掺量为0.04%。

抗泥剂；季铵盐；聚羧酸系高性能减水剂；混凝土

1　前言

随着混凝土工业的迅速发展，大量天然的砂石已经消耗殆尽，还由于各种材料条件限制，各地的砂石资源逐渐劣质化，特别是大中城市有很多的高含泥砂和尾矿砂以及二者的混合砂。聚羧酸减水剂在粘土中具有强烈的吸附趋向，对骨料中的泥土非常敏感，对混凝土的运输、工作性能和强度都带来很大的影响，是目前面临的技术难题［1～4］。砂石材料中的泥主要为蒙脱石土和高岭土，具有较高的比表面积和层状结构，使其优先于水泥吸附减水剂和自由水，从而导致混凝土的坍落度损失大、流变性差、耐久性和强度下降等问题［5～7］。

目前国内也有抗泥剂及抗泥型减水剂的相关研究［8～10］，在一定程度上解决了混凝土因含泥量过高而导致性能变差的问题，对季铵盐晶体抗泥剂的相关研究较少。本文根据泥土对外加剂吸附机理制备季铵盐晶体抗泥剂，工艺简单，使用方便，适用于高含泥骨料，能够有效减少粘土与外加剂竞争吸附。

2　实验部分

2.1实验原料

1，2-二溴乙烷，分析纯；四甲基乙二胺，分析纯；乙醇，分析纯。钠基膨润土，湖北中非膨润土有限公司；FT-S3高减水型聚羧酸系高性能减水剂（40%）、FT-S2标准型聚羧酸系高性能减水剂（40%）、FT-Ⅰ低标号聚羧酸系高性能减水泵送剂（10%），广东复特新型材料科技有限公司；华润PII42.5R水泥，S95级矿粉、II级粉煤灰，广东新泽建筑材料有限公司；河砂，含泥量1%，细度模数2.5；石子，花岗岩，含泥量0.8%，2～25连续级配。

2.2实验仪器

恒温水浴锅、四口烧瓶、温度计、球形冷凝管、搅拌器、抽滤瓶、布氏漏斗、水循环真空泵、烘箱、水泥净浆搅拌机等。

2.3实验步骤

在带冷凝管的四口烧瓶中加入计量的50%乙醇溶液（溶剂占70%），并置于水浴锅中加热，往四口烧瓶中按一定摩尔比例加入1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺并持续搅拌，反应设定时间后，将所得产物用布氏漏斗抽滤分离，用乙醇清洗数遍，得出白色晶体。将白色晶体放入蒸发皿，放置鼓风烘箱中60℃下干燥约2h。最后装瓶得季铵盐KN晶体。

2.4性能检测

2.4.1净浆测试

抗泥剂KN按照外掺法（占胶凝材料质量的百分比）加入减水剂母液中，净浆测试按照国标GB/T8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行，钠基膨润土按内掺法取代相应质量的水泥，水泥净浆测试条件见表1：

表1　水泥净浆测试条件

2.4.2混凝土性能测试

混凝土性能测试参照国标GB/8076-2008《混凝土外加剂》的相关标准进行，混凝土配合比见表2：

表2　混凝土基准配合比

3　结果与讨论

3.1合成条件的优化

3.1.1反应温度对净浆流动度的影响

以浓度为50%的乙醇与水为混合溶剂，溶剂占反应体系中的质量分数为70%，1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺按照特定的摩尔比例，反应时间为8h，考察反应温度对净浆流动度的影响。将合成得出的KN掺入到FT-S3高减水型减水剂中，并进行水泥净浆测试，测试条件参照表1。

由图1可见：水泥净浆初始流动度随着KN反应温度的升高而逐渐增大。反应温度在50℃时，水泥净浆初始流动度只有120mm，1h后流动度只有60mm；温度到70℃时，则达到273mm；1h后流动度为238mm；继续升高温度，则流动度趋向平稳。所以，温度的提高有助于KN的合成，适宜的反应温度为70℃。

图1　反应温度对净浆流动度的影响

3.1.2反应时间对净浆流动度的影响

以浓度为50%的乙醇与水为混合溶剂，溶剂占反应体系中的质量分数为70%，1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺按照特定的摩尔比例，选定反应温度为70℃，考察反应时间对净浆流动度的影响。将合成得出的KN掺入到FT-S3高减水型减水剂中，并进行水泥净浆测试，测试条件参照表1。

由图2可见：水泥净浆初始流动度随着KN反应时间的增加而逐渐增大。反应时间在4h时，水泥净浆初始流动度只有168mm，反应时间为8h时，则达到270mm；反应时间继续增加，流动度趋向平稳。因此，反应时间增长有助于KN的合成，适宜的反应时间为8h。

图2　反应时间对净浆流动度的影响

3.2抗泥效果的性能评价

3.2.1膨润土掺量对净浆流动度的影响

采用水泥300g、水68g、外加剂1.5g，使用内掺法掺入不同量的膨润土，对比FT-S3高减水型减水剂与FT-S2标准型减水剂在没有掺入KN和掺入KN的情况下，考察膨润土掺量对净浆流动度的影响，水泥净浆测试条件参照表1。

图3　膨润土掺量对净浆流动度的影响

表3　膨润土掺量对净浆流动度的影响

由表3和图3可见：没有掺入KN时，随着膨润土的增加，两种聚羧酸减水剂，不论是初始流动度还是1h流动度都大幅度减小；FT-S2标准型减水剂和FT-S3高减水型减水剂，分别在膨润土掺量为2%、3%时，1h的净浆已经没有流动度。掺入KN后，随着膨润土的掺量增加，两种聚羧酸减水剂的初始流动度和1h后流动度的降幅都较小，FT-S3高减水型减水剂 1h后均在160mm以上，FT-S2标准型减水剂 1h后则在140mm以上。由此说明，KN掺入聚羧酸减水剂后，能够提高减水剂的材料适应性，具有良好的抗泥效果。

3.2.2抗泥剂掺量对净浆流动度的影响

采用华润水泥PII42.5R 297g，水68g，膨润土掺量为1%即3g，外加剂掺量为0.2%，掺入不同量的KN抗泥剂，考察不同的减水母液下KN掺量对净浆流动度的影响。

由图4可见：随着KN的掺量从0增加到0.04%，两种聚羧酸减水剂的初始流动度和1h净浆流动度逐渐增大，对比没有掺入KN的，增加幅度明显。掺量在0.04%时，流动度最大；掺量继续增加至0.05%和0.06%时，流动度趋于平稳。由此可知此检测条件下KN的掺量在0.04%时便可达到最大流动度，出于成本考虑掺量为0.04%时达到最佳。

图4　抗泥剂掺量对净浆流动度的影响

3.3混凝土试配测试

在不同膨润土掺量下，对混凝土工作性进行了测试，并按照标准条件进行养护，测试了7d、28d、56d抗压强度。膨润土和KN掺量为总胶凝材料用量的百分比，其混凝土配合比参照表2，测试结果见表4。

由表4可知：随着膨润土掺量的增大，混凝土工作性逐步变差，强度也随之降低；掺入0.04%KN抗泥剂的混凝土的初始坍落扩展度和1h坍落扩展度均大于没有掺入KN的样品，膨润土掺量达到3%时，其抗泥性能开始不足；KN抗泥剂能提高混凝土的流动性，坍落度损失有明显降低，混凝土强度提高1MPa左右，对膨润土的吸附具有较佳的抑制作用。