季铵盐型抗泥剂的合成及其性能研究

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。

4　结论

⑴采用1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺为原料，以乙醇为溶剂，制备出一种季铵盐晶体抗泥剂并确定了最佳反应条件：反应温度为70℃，反应时间为8h。

⑵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%。

⑶该季铵盐抗泥剂KN合成原材料及工艺简单，且产物为固体，便于储存和运输。●

表4　不同膨润土掺量对混凝土性能的影响

［1］廉慧珍.砂石质量是影响混凝土质量的关键［J］.中国混凝土，2010，8：28-32.

［2］吴昊，王子明.聚羧酸减水剂在劣质砂石混凝土中失效分析［J］.混凝土，2012，6：86-88.

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［5］马保国，杨虎，谭洪波，等.聚羧酸减水剂在水泥和泥土表面的吸附行为［J］.武汉理工大学学报，2012，34（5）：1-5.

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