萘系高效减水剂的缓释改性研究

目前，国内高效减水剂的应用越来越普遍，而最常用的品种仍然是萘系减水剂。这类减水剂具有成本低、减水率高的优点，但是坍落度损失问题比较严重，直接影响到减水剂的使用效果。如何有效地控制坍落度损失，是进一步推广应用高效减水剂和开发混凝土新技术必须解决的一大问题。

坍落度损失的原因，首先在于水泥是一种具有水化活性的物质，减水剂的加人有可能加速水泥的初期水化进程; 其次，水泥颗粒对减水剂的强烈吸附，会使液相中减水剂的有效浓度很快降低，资电位不断下降。在减水剂中复合缓凝组分，是目前降低坍落度损失最常用的方法。但复合缓凝组分会带来了新的问题，就是影响混凝土早期强度的发展。一般说来，ld,3d 强度均低于不掺缓凝组分的混凝土，7d 以后强度才能逐渐赶上。相比之下，采用具有缓释性能的减水剂，一次掺加，缓慢释放，使体系中减水剂的浓度得到保持或持续的增长，也可以达到降低坍落度损失的目的，不仅工艺简单，而且对混凝土的早期强度也不会产生不利影响。

萘系减水剂的主要成分是萘磺酸盐甲醛缩合物，它是一种极性分子，其中的磺酸基是强的亲水基团，这是其易溶于水且溶解速度很快的根本原因。但是亲水基是减水剂的功能基团，依靠减少亲水基的数量来达到降低水溶性的目的是不妥的。本文对磺酸基进行了“封锁”处理，使其以憎水基的面目出现，达到了降低溶解速度的目的。

1 制备工艺及缓释机理

1.1 主要原料及规格

(1) 工业萘:含量不低于95%，北京焦化厂产。

(2) 硫酸 :分析纯，浓度98%，比重1.84。北京化工厂产。

(3) 甲醛:工业品，浓度37%，比重1.05。河北正定化肥厂产。

(4) 碱及其它助剂。

1.2 合成装置及主要反应过程

实验室合成是一个装有温度计、冷凝管、搅拌器以及简单密封装置的1000ml 四口烧瓶里进行的，加热采用一种可以调温并且具有恒温功能的电热套。经过磺化、水解、缩合等过程，得到多核体的萘磺酸一甲醛缩合物。

磺酸是一种有机强酸，不便于运输和存放，所以萘系减水剂都是以磺酸盐的形式供应的。萘系减水剂一般用烧碱进行中和，得到的是萘磺酸甲醛缩合物的钠盐。为了实现缓释性能，试验中引人了一种有机碱，利用胺基上氮原子具有一对孤对电子的特性，通过形成共价键与磺酸基结合起来:

1.3 缓释机理

反应的最终产生的分子两端都是有机链，磺酸基被“封锁”在链的中间，整个分子在总体上呈现非极性的憎水性，达到了降低水溶性的目的。从化学组成看，该产物是一种胺盐，而有机酸的胺盐一般是不溶于水的。该物加人中性水中，以白色絮状沉淀的形式存在; 往沉淀中滴入碱，沉淀就会慢慢溶解，变成棕色水溶液。这是因为有机胺盐在中性和弱碱性环境下都是稳定的，但在强碱性环境下就会分解，重新生成磺酸和胺:

分解以后的物质都是溶于水的，其中磺酸阴离子是起分散作用的功能基团。所以这种物质的溶解性取决于环境的碱度，具有“反应性”的特征。本文以下称此改性产物为Act -FDN.

2 主要性能

2.1 产品性状

Act -FD N为深棕褐色液体，不溶于水，pH 值7土1，密度1.05 g/c m'，固含量35土1% o D TA-TG-DTG(差热一热重一差热重) 分析的结果表明，Act - FDN的热稳定性略低于普通萘系减水剂，但在300℃以下无分解。

2.2 流动性保持效果

(1) 水泥净浆流动度的保持效果

如表1所示，由于Act-FDN 的溶出有所滞后，相当于减水剂的后掺法，对提高其作用效率是有利的，虽然在溶液中的初始浓度不高，分散效果仍然很好。随着水泥水化的进行，液相中减水剂的浓度也逐渐升高，水泥净浆流动度不但不降低，在初期反而还有所升高。

(2) 混凝土坍落度保持效果及对混凝土早期强度的影响

在0. 7% C(水泥重) 的典型掺量下，Act-FDN 的初始坍落度略低于高效减水剂FDN ，这是其缓释性能导致的直接后果; 但是，坍落度保持效果大为改善，且对早期强度(ld)几乎没有影响。如果用FDN 复合适量缓凝剂而达到相同的坍落度保持效果时，则会严重降

低ld 强度(56%)，见表2.

2.3 对混凝土性能的影响

(1) 坍落度

在一定的水泥用量(330kg/m 3)和用水量(205kg/m3)的条件下，混凝土的坍落度随减水剂的掺量增加而

增大。试验结果见表30

(2)含气量

混凝土中掺用Act-FDN 后，含气量略有增加。采用典型掺量(0.7%C)时，与基准混凝土相比增加1.2%，基本上仍属于非引气性减水剂。

(3)减水率与抗压强度比(见表4)

(4)凝结时间差.

在水泥用量相同(330kg/m ')，坍落度基本相同(80士l0m m) ，外加剂采用典型掺量(0.7%C)的条件下，混凝土的凝结略有延缓。其中，初凝延缓104min ，终凝延缓72min 。根据现行国家标准《混凝土外加剂》(GB8076-1997)，仍属标准型高效减水剂。

(5)泌水率比(见表5)

(6)对钢筋锈蚀的影响

Act - FD N没有采用含氯原料，少量的氯离子是由自来水和原料杂质带进的。用硬化水泥砂浆做的阳极化电位试验证实，钢筋阳极仍处于钝化状态，对钢筋锈蚀无不良影响。

3 目前存在的问题

主要是释放速度仍然过快，抑制坍落度损失的效果尚未达到最优; 另外. 由于在生产中引人了一种特殊原料，导致了成本的升高。这些问题都需在进一步的研究中加以解决。

4 结论

4.1 采用具有缓释性能的减水剂能够有效地抑制新拌混凝土的坍落度损失，且对混凝土的早期强度无不利影响，是一种很有前途的控制坍落度损失的方案。

4.2 本文在萘系减水剂的基础上研制的Act-FDN, 不溶于水但溶于碱，具有反应性的特征，在碱性环境中可以分解释放出具有分散性能的阴离子磺酸基，从而达到了降低坍落度损失的目的。因为Act - FDN并没有复合缓凝组分，不同于一般的保塑剂或复合型减水剂，突出的优点就是对混凝土早期强度无不利影响。