氨基磺酸系高效減水劑的合成及其應(yīng)用技術(shù)研究

1、氨基磺酸系高效減水劑的合成及其應(yīng)用技術(shù)研究 前言：         高性能混凝土（HPC）是指具備良好的工作性能、優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性能的混凝土。要配制高性能混凝土，除摻加一定量的礦物外加劑，如硅粉、超細(xì)礦渣及天然沸石粉外，高效減水劑已成為高性能混凝土不可缺少的組成材料。        目前我國(guó)生產(chǎn)和使用最廣泛的高效減水劑主要有萘磺酸鹽甲醛縮合物、磺化三聚氰胺甲醛縮合物、磺化脂肪族等，這些減水劑雖有較高減水率，但還不能完全滿足工程的要

2、求，它們?cè)诘退冶认铝鲃?dòng)性較差，而且坍落度損失大，不利于商品混凝土的運(yùn)輸和施工，不太適合配制高性能混凝土。在這種背景下，新型高效減水劑不斷研制誕生，氨基磺酸系高效減水劑就是其中之一。        我們從2002年1月起，研制開(kāi)發(fā)了氨基磺酸系高效減水劑，考慮到杭州地區(qū)的商品混凝土價(jià)格為全國(guó)最低地區(qū)之一，市場(chǎng)要求開(kāi)發(fā)的新型高效減水劑的成本不能太高，所以我們用尿素取代部份對(duì)氨基苯磺酸鈉來(lái)降低成本。本文對(duì)其合成方法及合成后的減水劑性能進(jìn)行了研究，并通過(guò)工程應(yīng)用，證明了該種減水劑在增強(qiáng)混凝土的流動(dòng)性，改善可泵性，減少混凝土坍落度的經(jīng)

3、時(shí)損失及免振自密實(shí)方面有良好的表現(xiàn)。1  氨基磺酸系高效減水劑的合成1.1 實(shí)驗(yàn)用原料        對(duì)氨基苯磺酸鈉：純度不小于97%，工業(yè)級(jí)；        苯酚：純度不小于99%，工業(yè)級(jí)；        尿素：含氮量不小于46.3%，工業(yè)級(jí)；        甲醛：純度不小于37%，工業(yè)級(jí)； &#

4、160;      NaOH（30%溶液）：工業(yè)級(jí)。        催化劑：自制1.2  合成方法        稱取一定量的對(duì)氨基苯磺酸鈉和尿素置于反應(yīng)容器中，加入苯酚和一定體積的水，升溫到一定值使其全部溶解，再滴加甲醛進(jìn)行縮聚，爾后注入催化劑分子重聚，保溫一段時(shí)間，最后用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH值至堿性，冷卻后即得到氨基磺酸系高效減水劑（以下簡(jiǎn)稱PA）。1.3 合成工藝參數(shù)的確定尿素取代量

5、0;       在合成過(guò)程中加入尿素CO(NH2)2,這樣一方面可以節(jié)約成本，更重要的是加入尿素后，可以有效降低最終產(chǎn)品中的游離甲醛含量。尿素取代對(duì)氨基苯磺酸鈉的量要適當(dāng)，取代過(guò)高，產(chǎn)生大量的羥甲基單磺酸脲縮和物，減水率降低；取代過(guò)低，成本太高，對(duì)推廣市場(chǎng)不利。我們按0%，8%、16%、24%、32%、40%、48%七種取代量做試驗(yàn)，用成品凈漿流動(dòng)度，砂漿減水率判別質(zhì)量，以成本作為分析，選取合適取代表1 尿素取代量試驗(yàn)結(jié)果編號(hào)尿素取代率（%）水泥凈漿流動(dòng)度（mm）水泥砂漿減水率（%）備注1025525.1PA摻量1.2%水87g浙江

6、新都PO42.5級(jí)  若不特別指出，以下各表皆同2825023.231624022.542421019.553218516.664016014.474814512.5         從表1可以看出：當(dāng)取代量為16%時(shí)，凈漿流動(dòng)度下降15mm，砂漿減水率下降2.6%。取代量超過(guò)這個(gè)數(shù)，流動(dòng)度和減水率下降幅度迅速增大，所以我們選擇取代量為16%。 反應(yīng)濃度、溫度控制        濃度的控制至關(guān)重要，濃度過(guò)高，縮聚成大分子，物料發(fā)粘，減水

7、率低，生產(chǎn)不易控制。濃度低，分子鏈短，分散效果好，但易離析，坍落度損失快。我們選擇了30%、35%、40%、50%等濃度做試驗(yàn)，結(jié)果列于表2。濃度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響                               表2編號(hào)濃度水泥凈漿流動(dòng)度（mm）水泥砂漿減水率（%）物料狀態(tài)8302002

8、0流動(dòng)性能好93525023流動(dòng)性能好104021018發(fā)粘115013012稠        從表2可以看出，當(dāng)濃度為35%時(shí)，凈漿流動(dòng)度，砂漿減水率，產(chǎn)品的流動(dòng)性能均較好，所以我們最終選擇了35%的濃度。溫度的控制也很關(guān)鍵，溫度過(guò)高，反應(yīng)速度加快，生產(chǎn)不好控制。溫度過(guò)低，副反應(yīng)少，反應(yīng)速度慢，有時(shí)不反應(yīng)。我們?cè)诟麟A段選擇了合適的溫度，滿足了需求。 催化劑        萘系縮聚主要是-萘磺酸鈉和甲醛，其等當(dāng)量反應(yīng)，只要控制好酸度，分子結(jié)構(gòu)就基本控制住了

9、。但氨基磺酸鹽縮聚是對(duì)氨基苯磺酸鈉、苯酚和甲醛，加尿素的話還有羥甲基脲，反應(yīng)很復(fù)雜，難控制，若反應(yīng)后直接進(jìn)行中和，則反應(yīng)產(chǎn)物有所不同，分子結(jié)構(gòu)好，減水率高，分子結(jié)構(gòu)差，減水率低，可現(xiàn)性差。我們通過(guò)投入催化劑進(jìn)行分子重聚，使分子結(jié)構(gòu)盡可能穩(wěn)定，向圖一發(fā)展，其減水率就穩(wěn)定，能進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。 中和        有機(jī)反應(yīng)多數(shù)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)完成后應(yīng)破壞反應(yīng)環(huán)境，我們選擇破壞PH值和降溫。生成產(chǎn)物在堿性條件下是穩(wěn)定的，我們就加堿中和，產(chǎn)品PH值控制810。產(chǎn)品溫度降到40后出料。2 摻氨基磺酸系高效減水劑的混凝土性能試驗(yàn)2.1 試驗(yàn)

10、用原材料        氨基磺酸系高效減水劑：本廠生產(chǎn)，水劑，35%濃度        HR1-4（萘磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑）：本廠生產(chǎn)，40%濃度        水泥：浙江新都PO42.5級(jí)        砂子：中砂，細(xì)度模數(shù)2.4       

11、; 碎石：5-25mm        水：自來(lái)水2.2 摻PA劑的混凝土基本性能試驗(yàn)        我們將PA劑于HR1-4萘系高效減水劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果列于表3                    PA劑于HR1-4減水劑對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果   &#

12、160;                     表3減水劑摻量（%）減水率（%）W/C坍落度（mm）抗壓強(qiáng)度（MPa）/強(qiáng)度比（%）初始1h2h3d7d28d/0.5085/26.5/10035.9/10046.1/100HR1-41.8200.4020580/41.5/15746.2/12957.3/124PA1.0220.3922021518045.4/17150.3/14061.5/133

13、PA1.5250.37523022018545.5/17251.1/14261.4/133PA2.0300.3524024023040.0/15148.5/13557.3/124從表3數(shù)據(jù)可以看出：        1、  摻PA劑的混凝土的流動(dòng)性明顯優(yōu)于萘系的HR1-4高效減水劑，且坍落度經(jīng)時(shí)損失小，1小時(shí)幾乎沒(méi)損失，2小時(shí)也沒(méi)有大幅度的下降，仍能保證在可泵的狀態(tài)。        2、  摻PA劑的混凝土的減水率較摻萘系的HR1-4高效

14、減水劑高，且隨著摻量的增加而增加。但摻量達(dá)到2%時(shí)，混凝土有泌水離析現(xiàn)象。PA劑的適宜摻量范圍在0.8%1.5%。        3、  摻PA劑混凝土的抗壓強(qiáng)度較同齡期的摻萘系HR1-4高效減水劑的混凝土高10%15%。2.3免振自密實(shí)模擬試驗(yàn)新拌混凝土穿透鋼筋試驗(yàn)        我們制作了一幅2米高、5米長(zhǎng)、0.5米寬的墻體，內(nèi)部配雙排5025200的鋼筋，將摻PA劑的混凝土（摻量1.2%，坍落度210mm，擴(kuò)展度600*600mm）從2米高

15、度往下澆注，結(jié)果發(fā)現(xiàn)拌合物能自如穿透鋼筋到達(dá)底部，拆摸后混凝土表面如機(jī)械振搗一樣，光潔平整。新拌混凝土水泥漿流失試驗(yàn)        將新拌混凝土從2米高度下落到兩只盛水高度達(dá)1.0米的鐵桶中，然后測(cè)其水溶液密度。結(jié)果摻PA劑的混凝土密度為1.100，不摻的為1.140。說(shuō)明摻了PA劑后水泥漿流失在水中的比例明顯減少。3  PA劑在工程上的應(yīng)用3.1 在地下連續(xù)墻混凝土中的應(yīng)用        杭州某工程地上二十二層，地下三層。對(duì)地下三層的外墻，設(shè)計(jì)

16、成地下連續(xù)墻。該地下連續(xù)墻周邊長(zhǎng)285米，厚0.8米，深0.00以下23.5米。連續(xù)墻分幅澆灌，每幅5米。每幅配有5025200雙排列鋼筋，并焊有多塊預(yù)埋鐵件。砼強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗摻要求為S6。澆灌條件在水下，要求砼在不振搗的情況下，穿透鋼筋時(shí)，砼各組分不分散，不離析；穿透水層時(shí)，水泥漿不流失；達(dá)到澆灌深度時(shí)，能自流平、自密實(shí)。        針對(duì)工程的這些要求，商品砼公司選用我們的PA劑，共供應(yīng)4800立方米，其配合比及拌和物性能如表4所列。      

17、0;           連續(xù)墻混凝土配比及拌和物性能                           表4每立方米砼材料用量（Kg）拌和物理解坍落度出機(jī)擴(kuò)展度（mm）流滴時(shí)間（s）常壓泌水率（%）PO新都42.5級(jí)粉煤灰砂碎石水PA劑

18、出機(jī)30min60min90min428486659901907.14220210205200590*600151.3        在施工過(guò)程中，攪拌站及施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)制作試塊各57組。28天齡期的試壓統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。              57組試快試壓統(tǒng)計(jì)結(jié)果表          

19、60;                       表5項(xiàng)目攪拌站（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)）現(xiàn)場(chǎng)（自然養(yǎng)護(hù)）28天平均強(qiáng)度值（Mpa）43.338.828天最底組強(qiáng)度值（Mpa）41.235.5強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（Mpa）1.691.76變異系數(shù)（%）3.74.5結(jié)論按GBJ107-87標(biāo)準(zhǔn)會(huì)譯合格按GBJ107-87標(biāo)準(zhǔn)會(huì)譯合格      

20、;  表5情況表明：不管是攪拌站還是現(xiàn)場(chǎng)。試件強(qiáng)度離散性均較小。攪拌站的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件的變異系數(shù)僅為3.7%，現(xiàn)場(chǎng)自然養(yǎng)護(hù)試件也只有4.5%，比以往采用萘系減水劑的工程統(tǒng)計(jì)結(jié)果下降約一倍。        連續(xù)墻施工完成7天后，內(nèi)側(cè)開(kāi)挖進(jìn)行實(shí)體觀察：砼表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)蜂窩、麻面、疏松、露筋、裂縫等弊病。說(shuō)明砼拌和物穿透鋼筋時(shí)，組分沒(méi)有分散，自如的下落到底部，流平、密實(shí)，達(dá)到了預(yù)期的效果。3.2在高架路橋工程中的應(yīng)用        杭州市某高架路橋工程距攪拌站20余公里，箱梁砼的設(shè)計(jì)等級(jí)C50。施工正值夏季（平均氣溫35以上）。要求泵送施工。商品砼公司選用我們的PA劑，其配合比如表6所列。每立方米砼材