氨基磺酸系高效减水剂AH的应用性能研究

刘 娟

(江苏城市职业学院建工系,南京210019)

0 引言

氨基磺酸系高效减水剂(简称AH)由于其减水率高、对水泥颗粒具有高度分散性、混凝土坍落度大、落度的经时损失小、成本低、生产工艺简单,因而成为当前最有发展前途的高效减水剂。作者先在实验室合成氨基磺酸系高效减水剂AH,然后对它的应用性能进行了研究。

1 AH的合成

1.1 实验原材料

对氨基苯磺酸:分析纯,无水,粉剂,含量99.8%;苯酚:分析纯 ,无色结晶体;甲醛 :溶液 ,含量37.0%～40.0%;40%NaOH溶液:本实验室自己配制。

1.2 合成方法

称取一定量的对氨基苯磺酸,置于装有温度计、搅拌器、回流冷凝管的四口烧瓶中,加入苯酚和蒸馏水,升温到一定值使其全部溶解,边搅拌边加入NaOH溶液调节pH值,缓慢滴加甲醛,在恒定温度下保温一段时间,然后冷却,加入NaOH溶液调节产物pH值10～11,即可得到液体氨基磺酸系高效减水剂AH。

2 AH的应用性能研究

2.1 原材料

水泥:双猴P.O32.5普通硅酸盐水泥;砂:中砂726 kg/m3;石子:碎石 1 122 kg/m3;水,饮用自来水。

2.2 测试方法

2.2.1 水泥净浆流动度测定

测试按照GB/T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》标准方法进行。水灰比0.29,水泥用量300 g,其中外加剂掺量以固含量占水泥用量的百分数计。

2.2.2 水泥净浆凝结时间测定

测试按照GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》的方法进行。

2.2.3 混凝土拌合物减水率及混凝土抗压强度比测定

测试均按照GB 8076—1997《混凝土外加剂》进行,并参照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物试验方法标准》和GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定。

3 结果与讨论

3.1 AH对水泥颗粒的分散性能

将AH和目前广泛使用的萘系高效减水剂(FDN)掺入水泥净浆中,测试二者的流动度,测试结果见图1。

图1 FDN和AH在不同掺量下对水泥净浆的流动度影响

由图1可知,不掺减水剂的水泥净浆流动度低,掺AH和FDN后,水泥净浆的流动度开始变大,且减水剂的掺量愈多,水泥净浆流动度也愈大。当掺量为 0.3%时,掺 AH的水泥净浆流动度为237 mm,掺FDN的水泥净浆流动度是105 mm;当减水剂掺量增加到0.9%时,掺AH的水泥净浆流动度高达283 mm,而掺FDN的水泥净浆流动度仅为247 mm,掺AH的水泥净浆流动度远大于FDN的净浆流动度,说明AH是一种比FDN性能更佳的优良高效减水剂。形成这种现象的原因与AH及FDN的分子结构、吸附形态等有关,AH的分子结构呈梳状,极性支链多,空间结构大,使得其在水泥颗粒表面的吸附呈环圈及尾状吸附[1],立体空间位阻大,对水泥颗粒的凝聚阻碍大。FDN分子结构属少支链的线型结构,它在水泥颗粒表面,呈横卧式吸附[1],立体空间位阻小,水泥粒子容易产生凝聚。另外,决定水泥浆流变参数的是浆体的屈服应力,屈服应力小,浆体的流动性就好,文献[2]已测得AH屈服应力小于FDN。

3.2 AH抑制水泥净浆经时流动度损失性能

随着商品混凝土的大量使用,对混凝土的坍落度损失指标提出了较高要求。为了保证混凝土运到工地后仍有良好的工作性,便于施工,这就要求混凝土从预拌地到施工现场这段时间内坍落度损失要小。而目前广泛使用的萘系高效减水剂(FDN)遇到的一个突出问题就是坍落度损失较大,这就要求开发能够抑制坍落度经时损失的新型高效减水剂。为此实验研究了新合成的AH的水泥净浆流动度经时变化情况,并与FDN作对比,实验结果见表1。

从表1可见,随时间的延长,掺AH水泥净浆流动度损失小,相比之下掺FDN的流动度损失大。掺0.45%AH的水泥净浆经过90 min,仍有221 mm的流动度,流动度损失率为11%,而掺0.45%FDN的净浆经历90 min,流动度仅剩70 mm,流动度损失率高达65%;当掺量提高至1%时,掺AH的净浆无论初始流动度,还是经历90 min的流动度都较高,均在270 mm以上,流动度经时损失小,流动度损失率仅为5%,比较之下掺FDN的净浆流动度经时损失竟达167 mm,流动度损失率竟达66%。这表明了AH具有比FDN更好的抑制净浆经时流动度损失性能。

表1 AH和FDN不同掺量下水泥净浆流动度随时间的变化关系

3.3 AH对水泥的缓凝作用

混凝土适量的缓凝有利于施工,但过度的缓凝将影响混凝土的抗压强度及工期。因此实验测定了掺AH的水泥净浆的凝结时间,同时作为对比,也测定了掺FDN及空白水泥浆的凝结时间,实验结果见表2所示。

表2 减水剂对水泥凝结时间的影响

由表2可见,掺FDN和AH的水泥浆与空白比较,都表现出了一定的缓凝现象。掺量少时,缓凝不严重,但随掺量的增大,缓凝现象愈加明显。相比之下,AH的缓凝现象比FDN显著,这与水泥矿物选择性吸附有机缓凝剂的顺序有关。一般认为水泥矿物吸附有机缓凝剂的顺序是:C3A→C4AF→C3S→C2S[3],当缓凝剂加入水泥浆中,铝酸盐组分的水化速度首先受到抑制,在抑制C3A的水化的同时,也会对硅酸盐组分(C3S、C2S)的水化产生抑制作用,而C3A水化速度恰恰决定了水泥的凝结时间。此外,AH的过度缓凝也与吸附层厚度有关,AH梳型的分子结构吸附在水泥颗粒表面,形成了较厚的吸附层,而FDN线型分子结构横卧吸附在水泥颗粒表面,形成的吸附层较薄,随着水泥水化的进行,AH吸附层厚度变薄的速度会小于FDN,表现为AH较FDN缓凝作用明显。再者,由于AH分子中的—OH和—NH2易与液相中水分子形成氢键[3],束缚水分子的运动,使得一定阶段内的水化反应受到抑制,对水泥净浆也产生一定的缓凝作用。

3.4 AH与水泥的相容性能

由于水泥品种、矿物组成、含碱量、石膏、掺合料、细度等的不同,同一种减水剂不可能对任何水泥都适应。因此实验将合成的AH掺入到不同产地、不同牌号的水泥中来研究AH与水泥的适应性问题。实验结果见表3。

表3 掺AH的水泥净浆流动度情况

从表3可以看出:AH对于工程上广泛使用的普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥均有较好的适应性。

3.5 AH对混凝土的减水增强性能

AH掺入混凝土中,试验配合比符合GB/T 55—2000《普通混凝土配合比设计规程》,结果见表4。

表4 AH对混凝土减水率及抗压强度的影响

由表4可以看出,掺AH的混凝土,与基准混凝土相比,可以大大减少用水量,达相同坍落度时减水率远超国家14%的标准。并且混凝土强度无论早期、后期均比基准混凝土提高很多,也远超国家同龄期强度标准。AH引起的混凝土高强与它的高减水率是分不开的,由于强烈的分散作用,水泥颗粒得以充分分散,增大与水接触面积,使水化反应进行得彻底,生成了较多的水化产物[4],来填充水泥颗粒之间的空隙,使得混凝土的密实度得到提高,致使抗压强度也得到提高[5]。故AH是一种能够用来配制高强、超高强混凝土的优良高效减水剂。

4 结语

(1)AH具有对水泥粒子高度的分散作用,是一种分散性能比FDN更好的优良高效减水剂。表现为:当掺量为0.3%时,掺AH的水泥净浆流动度为237 mm,掺FDN的水泥净浆流动度是105 mm。当减水剂掺量为0.9%时,掺AH的水泥净浆流动度高达283 mm,而掺FDN的水泥净浆流动度仅为247 mm。

(2)AH具有比FDN更好的抑制水泥净浆流动度损失的性能。掺0.45%AH的水泥净浆经过90 min,流动度损失率为11%,而掺0.45%FDN的净浆经历90 min,流动度损失率却高达65%;当掺量提高至1%时,掺AH的净浆90 min时流动度损失率仅为5%,比较之下掺FDN的净浆流动度损失率竟高达66%。

(3)AH是一种缓凝型的高效减水剂。与掺FDN和空白水泥浆相比,均表现出明显的缓凝作用。

(4)AH与水泥的相容性好。对于工程上广泛使用的普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥都表现出较好的适应性。

(5)AH掺入混凝土中,无论3 d,还是28 d强度均比基准混凝土提高很多,远超国家同龄期强度标准。表明AH是一种能够用来配制高强、超高强混凝土的高效减水剂。

[1]蒋新元,邱学青,欧阳新平,等.氨基磺酸系高效减水剂表面性能及作用机理研究[J].混凝土与水泥制品,2004(2):9-12.

[2]王子明.“水泥—水—高效减水剂”系统的界面化学现象与流变性能[D].北京:北京工业大学.2006:90.

[3]蒋新元,邱学青,欧阳新平,等.氨基磺酸系高效减水剂ASP的缓凝性能研究[J].江苏化工,2004,32(2):22-23.

[4]李文华,周世生,赵大军.基于外加剂CAN和粉体的流态混凝土耐久性分析[J].长春工程学院学报:自然科学版,2010,11(1):1-4.

[5]戴伟权.高强砼及其施工技术措施[J].长春工程学院学报:自然科学版,2001,2(3):31-34.