單環(huán)芳烴類高效減水劑的合成、結(jié)構(gòu)表征、作用機(jī)理及性能.pdf

1、傳統(tǒng)混凝土材料是由水泥、骨料和水組成，隨著建筑技術(shù)進(jìn)步，高性能混凝土(HPC)成為混凝土材料發(fā)展趨勢(shì)，廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁與海工等結(jié)構(gòu)中。制備高性能混凝土的關(guān)鍵是高效減水劑使用，高效減水劑使混凝土具有更好的流動(dòng)性，減少混凝土用水量20％-30％，使用高效減水劑能制備出具有高耐久性能的混凝土，高效減水劑已成為高性能混凝土的重要組成部分。
　　 目前國內(nèi)使用的高效減水劑主要是萘磺酸鹽甲醛縮合物(NSF)，大量使用萘系減水劑的原因是萘

2、系減水劑成本較低，能減少混凝土用水量5％～20％，摻加萘系減水劑的混凝土塌落度損失大且不合適制備高性能混凝土。近年來有限工業(yè)萘已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在市場(chǎng)需求，價(jià)格浮動(dòng)較大。萘系減水劑的價(jià)格優(yōu)勢(shì)正在逐步減小，研究具有更好減水能力和更好保塌能力的新型高效減水劑已成為混凝土外加劑發(fā)展方向。
　　 通過大量實(shí)驗(yàn)合成出羥基磺酸類(SPF)、氨基磺酸類(AS)和羥基氨基羧基磺酸類(AH)單環(huán)芳烴型高效減水劑，SPF減水劑最佳工藝參數(shù)為苯酚：亞硫酸

3、氫納：甲醛比例為1:0.6:1.75，體系的pH=10-11，縮聚為90℃-100℃，縮聚反應(yīng)5-6h。AS減水劑最佳工藝參數(shù)為苯酚/氨基苯磺酸鈉1.25，(對(duì)氨基苯磺酸鈉+苯酚)/甲醛在1.25，體系的pH=10-11，反應(yīng)溫度為90-100℃，反應(yīng)時(shí)間4-5h。AH減水劑其最佳合成工藝參數(shù)為水揚(yáng)酸取代苯酚25％，(苯酚+水揚(yáng)酸+對(duì)氨基苯磺酸鈉)/甲醛為1.25，(苯酚+水揚(yáng)酸)/對(duì)氨基苯磺酸鈉為1.25時(shí)，pH=9-10，反應(yīng)溫度8

4、5℃-90℃，反應(yīng)時(shí)間4-5h。
　　 使用紅外光譜分析(IR)和凝膠滲透色譜分析(GPC)對(duì)合成的SPF、AS和AH單環(huán)芳烴型高效減水劑分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，證實(shí)三種單環(huán)芳烴型高效減水劑是由憎水主鏈?zhǔn)怯杀交蛠喖谆惶孢B接而成，主鏈單環(huán)上接有-SO3、-OH、-NH2和-COOH等親水性官能團(tuán)。合成出減水劑分子與設(shè)計(jì)的分子結(jié)構(gòu)特征一致。
　　 SPF、AS和AH單環(huán)芳烴型高效減水劑對(duì)水泥顆粒具有很強(qiáng)分散能力。摻量0.5％時(shí)

5、，SPF、AS和AH減水劑的水泥凈漿流動(dòng)分別達(dá)到230mm、255mm和252.5mm，隨著時(shí)間變化，1h以后摻SPF減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度達(dá)到220mm，2h以后損失要達(dá)到13％，2h以后水泥凈漿流動(dòng)度只有190mm。1h以后摻AS減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度從255mm變化到260mm，2h以后凈漿流動(dòng)度達(dá)到265mm，摻AH減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度從245mm變化到255mm，2h以后的凈漿流動(dòng)度達(dá)到262.5mm。而摻萘系減水劑(NF)

6、的水泥漿體初始凈漿流動(dòng)度可達(dá)到220mm，1h水泥凈漿流動(dòng)度損失不大，而2h以后水泥凈漿流動(dòng)度保持在210mm左右，水泥顆粒分散能力和凈漿流動(dòng)度保持性兩方面來看，AS和AH高效減水劑綜合性能最佳，SPF高效減水劑綜合性能最差。AS和AH單環(huán)芳烴型高效減水劑對(duì)水泥顆粒分散性能和凈漿流動(dòng)度保持性要優(yōu)于常用萘系。SPF、AS和AH單環(huán)芳烴型高效減水劑具有摻量低、高減水和混凝土塌落度保持能力強(qiáng)的特點(diǎn)，水膠比在W/C=0.45時(shí)，摻0.3％AS、

7、0.35％AH、0.7％SPF和0.8％萘系減水劑時(shí)，減水率能達(dá)到25.6％，SPF、AS和AH單環(huán)芳烴型高效減水劑具有摻量低、高減水特點(diǎn)。摻加SPF、AS和AH單環(huán)芳烴型高效減水劑可以延長混凝土凝結(jié)時(shí)間，對(duì)混凝土有明顯的增強(qiáng)作用。
　　 通過對(duì)SPF、AS和AH單環(huán)芳烴型高效減水劑的表面張力、起泡能力和ξ電位以及其穩(wěn)定性的測(cè)定。研究SPF、AS和AH單環(huán)芳烴型高效減水劑作用機(jī)理。SPF、AS和AH單環(huán)芳烴型高效減水劑可降低溶液

8、表面張力，減水劑的表面張力大小次序?yàn)锳H>AS>SPF，單環(huán)芳烴型高效減水劑有一定的引氣性。摻加SPF、AS和AH單環(huán)芳烴型減水劑的水泥顆粒表面三電位向負(fù)方向移動(dòng)，SPF高效減水劑與空白組相比ξ電位絕對(duì)值變化最大，AS和AH減水劑ξ電位絕對(duì)值變化較小，隨著時(shí)間變化，摻SPF減水劑水泥顆粒表面ξ電位與起始ξ電位相比有一定減小，摻AS和AH減水劑，ξ電位變得更負(fù)。SPF、AS和AH單環(huán)芳烴型高效減水劑作用機(jī)理是以靜電斥力和空間位阻為主，兼有

9、潤滑作用和潤濕作用，SPF減水劑主要是通過吸附在水泥顆粒表面產(chǎn)生ξ-電位使水泥顆粒分散，AS和AH減水劑通過ξ-電位的靜電斥力和空間位阻效應(yīng)以及潤滑和潤濕共同作用使水泥顆粒有更好的分散能力。
　　 使用MIP、XRD、SEM和TG-DTA等現(xiàn)代測(cè)試分析方法研究摻單環(huán)芳烴型高效減水劑對(duì)水泥水化和水泥微觀結(jié)構(gòu)影響，摻SPF、AS租AH單環(huán)芳烴型高效減水劑可延緩水泥水化和明顯降低水化放熱速率，AS減水劑緩凝效果和降低水化熱最強(qiáng)，SPF