氨基磺酸系高效减水剂的研究

    近年来，随着高流态、高耐久和高强度的高性能砼的推广与普及，对砼外加剂提出更高更新的要求,国内外研究人员除对原有高效减水剂进行各种改性研究以外，更着重于研究开发新型高效减水剂，这些新型高效减水剂与萘系、三聚氰胺系减水剂相比，具有较低的掺量、较高的减水率和良好的耐久性，且具有控制坍落度损失的功能，同时具有较好的水泥适应性，这些产品生产过程废水废气排放少，产品无结晶沉淀，聚羧酸系、氨基磺酸系这两类新型高效减水剂，因其减水率高，而且具有控制坍落度损失的功能，生产工艺又相对简单，因而成为近年来世界各国研究热点，也是我国减水剂今后发展的方向。

 

    在日本，八十年代末，氨基磺酸系减水剂就已得到开发应用，如商品名NL—4000、NP－20高效减水剂，进入九十年代，我国也对这类外加剂开展研究，并在北京、天津、东北各地区进行生产。上海建科院于2001年6月在国内率先研究成功LEX-9聚羧酸系减水剂。并于2002年6月开始立项氨基磺酸系高效减水剂的研究。课题研究根据氨基磺酸高效减水剂的特点，进行分子设计、控制产品的官能团种类及比例，通过加成共缩合反应，得到氨基磺酸系高效减水剂（简称AS剂）的实验室小样。其性能达到日本土木学会混凝土用化学外加剂（JISA6204-1995）标准指标要求，并具有较好的水泥适应性。

 

  

     氨基磺酸系高效减水剂属单环芳烃氨基磺酸甲醛缩合物，用对氨基苯磺酸钠和苯酚为主要原料，在水体系中与甲醛加热共缩聚而成，其结构特征表现为，分子中憎水性的主链是亚甲基连接的单环芳烃，而在环上分布着－SO₃H、－OH、－NH₂等亲水基团，其中－SO₃H主要显示高减水率，－NH₂、－OH等显示优良的缓凝保坍作用。其结构式表示如下：

 

R=H、 CH₂OH、CH₂NHC₆H₄SO₃Na、CH₂C₆H₄OH

   

    图1 单环芳烃高效减水剂的结构示意图

 

    （1）含－OH、－NH₂、－COOH、－SO₃H基的芳烃原料；

    （2）水杨酸尿素、三乙醇胺等；

    2000ml器皿烧瓶，球形回流冷凝管、加热油浴、滴液管；

    将适当比例的苯酚，对氨基苯磺酸、改性剂等加热溶解，在一定量的水中，加适量甲醛并升温反应，调节溶液PH（得到棕红色透明液体）。

 

    2.4产品匀质性：密度：1.13g/ml、Cl^-含量：0.05％、总碱含量：3.50 ％；pH值：11.0

    外观：棕红色透明液体。

 

    试验选择搅拌站常用的上海联合水泥厂PO42.5水泥以及与常用外加剂适应性较差的申金PO42.5水泥，盘古PO42.5水泥。试验按照GB/T8077-2000《砼外加剂匀质性试验方法》进行，将AS剂与萘系减水剂比较结果见表1。

 

 

    由试验可知：

    （1）AS剂除与常用水泥（联合）PO42.5有较好的适应性外，对与常用外加剂不相适应的申金PO42.5、盘古PO42.5水泥也有好的适应性。

    （2）AS剂与萘系相比，在达到相同净浆流动度时，AS剂的掺量较萘系低40％左右，120分钟经时流动性保持不损失且呈经时增大趋势。

    注：液体减水剂按其含量扣除水分。

 

    总所周知，减水剂在不同配合比和不同坍落度的砼中减水率不相一致，以下采用砼外加剂（GB8076-1997）、砼泵送剂（JC473-2001）砼用化学外加剂（JISA6204-1995）标准来判断AS剂的减水率。见表2—4。

 

 

  

    以上数据看出，用三种不同的标准方法，AS减水率在25％左右，稍高于同类产品天津，比萘系减水率高。

 

    为验证AS剂对各种水泥的适应性，选择了四种市场常见的PI、PS、PO，基准水泥进行试验，试验按JISA6204-1995标准进行。见表5。

 

  

    以上数据表明，AS剂对各种典型水泥均有很好适应性，强度超过JISA6204-1995中规定指标，相比之下，在PS32.5矿渣水泥中效果优于其它三种水泥。

 

    试验按JISA6204-1995标准进行。

    以上数据看出，在一定掺量范围内，减水率及强度增长随着掺量增加而提高。当AS剂掺量为0.6％时，减水率为12％及14％的强度增长，当掺量同为1.2％时，AS剂的减水率、强度以及经时坍落度均稍优于同类国内对比样，当掺量达到1.5％时，AS剂的减水作用增幅趋缓、强度不再增加，但坍落度保持更趋于稳定。

 

    试验按JISA6204-1995标准进行，水泥品种：联合PO42.5。

 

   

    以上数据表明，AS具有明显的坍落度保持作用，新拌砼性能及抗压强度、收缩等性能均符合JISA6204-1995标准，砼特性均有改善提高。

 

 

    试验证明，不同减水剂坍落度经时变化如图2，萘系坍落度损失大于氨基磺酸系，这与水泥对高效减水剂的吸附形态有关，氨基磺酸系高效减水剂被水泥粒子吸附是刚性垂直链吸附（   ），萘系则为刚性横卧吸附，前者具有立体的分散效果，减水率高，可使水泥粒子稳定分散，坍落度经时损失小，而后者是平面排斥力，水泥粒子容易产生物理凝聚，坍落度损失快，如图2。

 

    试验按照JISA 6204-1995标准进行 。

 

   以上数据表明：AS剂与萘系高效减水剂有较好的相容性，当萘系减水剂与AS剂以1：1复合，可解决掺用单一萘系减水剂产生的砼坍落度损失。AS剂与萘系相比，具有低的掺量（比萘系低40％），高的减水率，以及控制坍落度损失的功能。

 

    外加剂的性能价格比如表  11所示

    表11

 

    备注：以上各类外加剂的单位成本的计算按目前原材料平均价格计算。

 

    1、AS剂属单环芳烃氨基磺酸甲醛缩合物，与萘系相比合成温度低、工艺简单，生产过程废水废气排放少，产品无结晶沉淀。

    2、AS剂性能达到砼泵送剂（JC473-2001），日本土木学会砼用化学外加剂（JISA6204-1995）高性能AE减水剂（缓凝型）标准指标。

    3、AS剂与萘系相比，具有低掺量，高减水率，以及控制坍落度损失的功能。

    4、AS剂造价与性能处于萘系与聚羧酸系之间，用于一部分对萘系不相适应的水泥中，有较明显的经济技术综合效果。