一种新型脂肪族高效减水剂的合成及应用

2019-10-23武恩瑞

散装水泥 2019年4期

武恩瑞

（山西山大合盛新材料股份有限公司，山西太原030006）

高效减水剂是一种可以在混凝土同等坍落度下大量减少拌合水量的外加剂，能改善混凝土的流动性，增加水泥颗粒在浆料中的分散度。20世纪60年代，三聚氰胺磺酸盐（PMS）和聚萘磺酸盐（BNS）高效减水剂的出现，开启了混凝土技术的新时代，同时也使高效减水剂的研究成为行业热点。此后，脂肪族减水剂（AFS）、聚羧酸盐高性能减水剂（PCE）、缩聚物类减水剂（SPF）等相继诞生并投入使用。然而，业内在使用过程中积累的大量经验表明，BNS坍落度保留值短，且在低水灰比（＜0.35）时，效果不明显；PMS与之类似；AFS较前两者在低水灰比时性能较好；SPF则较AFS有更好的坍落度损失行为；而PCE在较低剂量时，较前述缩聚物有效性和坍落度保留值更好，但其对不同的水泥组合物较敏感，且会与粘土发生强烈的相互作用，还会产生过多泡沫，需加入消泡剂进行控制。鉴于各种高效减水剂的优缺点，在工作实践中采用环己酮、甲醛和亚硫酸盐探索合成了一种新型脂肪族减水剂（CFS），并研究了其相关性能，旨在为业界人士提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Waters l515型凝胶渗透色谱仪；SZCL-2数显智能控温仪；JY l0001电子天平；PTHW型电热套；NJ-160A水泥净浆搅拌机；DW-2型电动搅拌器。

环己酮，分析纯，99.5%；甲醛，分析纯，30%；亚硫酸钠，分析纯，97.0%；甲酸，分析纯，88.0%；氢氧化钠，分析纯。

1.2 实验原理

在强碱性条件下，环己酮与甲醛反应，在α位置的酮官能团形成羟甲基。随后，亚硫酸盐与羟甲基反应，形成α，α'-二羟甲基，α'-磺甲基环己酮，然后缩合成线性缩聚物。净反应和分子中心结构如图1所示。

图1 CFS高效减水剂的合成反应式

1.3 合成方法

在1L的圆底烧瓶上安装回流冷凝器与温度计，室温下将16g亚硫酸钠溶解在75mL 30%的甲醛水溶液中，移入圆底烧瓶中，均匀快速搅拌状态下，加入13.3mL 30%的氢氧化钠水溶液，并将该溶液的PH值调节至13.5。将该体系溶液预热至约35℃后，冷却至室温，迅速使亚硫酸钠溶解完全，然后快速加入50g环己酮，约1min后，乳液会变成透明溶液，然后成为黄色混浊溶液。开始加热并煮沸，煮沸后，溶液再次变为透明，同时颜色从黄色变为棕色且粘度增加。使用电热套（调节到120℃）在恒速搅拌下，将该溶液加热回流约3h，然后将所制得的CFS水溶液冷却至室温，并加入甲酸，调节PH值至10.3。

1.4 分析方法

1.4.1 匀质性检测

参照GB/T 8077-2012测试其含固量、密度、氯离子含量及PH值。

1.4.2 凝胶色谱表征

以0.1mol/L硝酸钠溶液为流动相，取1mL CFS样品，加入6.0mL、0.10mol/L硝酸钠溶液溶解后，采用凝胶色谱检测，由凝胶色谱图中数据计算产物近似转化率。

1.4.3 混凝土工作性能测试

参照GB/T 8077-2012中的水泥净浆流动度测试方法和水泥胶砂减水率测试方法，对水泥净浆流动度和水泥砂浆减水率进行测试。

参照GB8076-2008中的高效减水剂减水率测试方法，分别测试市售聚萘磺酸盐减水剂太原三元（SY-BNS）、太原华凯（HK-BNS）和本研究中合成的CFS高效减水剂的混凝土减水性能。测试时基准混凝土和受检混凝土的水泥用量为330kg/m3，砂率为40%，混凝土的坍落度控制在（80±10）mm，外加剂掺量为胶凝材料的1.0%，使用含泥量较高的河砂，含泥量为1.7%。