聚羧酸- 萘共聚型高效減水劑的性能研究
2006-05-26 00:00
摘 要：合成了聚羧酸- 萘共聚型高效減水劑WHJ S ，闡述了該減水劑的合成工藝，分析了合成產(chǎn)品的紅外譜圖，并比較了與萘磺酸甲醛縮合物FDN 和聚羧酸減水劑在流動度、表面張力、電動電位和保坍性等性能方面的差別。結(jié)果表明：聚羧酸高分子成功地接枝到萘環(huán)上，且克服了傳統(tǒng)萘系減水劑坍落度損失大的缺點(diǎn)，并保持了較好的流動度。
關(guān)鍵詞：聚羧酸前體；接枝反應(yīng)；坍落度；流動度
傳統(tǒng)的萘系高效減水劑一般都具有原料廉價易得、引氣量較小、減水率高、水泥適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)是坍落度損失大。
新一代聚羧酸減水劑分子結(jié)構(gòu)中不僅含有磺酸基，而且含有羧基。磺酸基具有很強(qiáng)的減水作用，羧基則有減水緩凝保坍作用[1 ] 。因此聚羧酸減水劑減水率高而且保坍性好， 60 min 后坍落度幾乎不損失，120 min后坍落度損失低于10 %[2 ] ，但該減水劑大部分依賴進(jìn)口，價格偏高。因此，作者結(jié)合上述兩種減水劑的性能優(yōu)點(diǎn)，合成了一種聚羧酸- 萘共聚型高效減水劑WHJ S ，并與萘系、聚羧酸減水劑進(jìn)行了性能比較。
1 實(shí)驗
1.1 原料
丙烯酸羥乙酯，工業(yè)品；烯丙基磺萘，化學(xué)純；濃硫酸， ≥98 %；馬來酸酐（MA） ，化學(xué)純； 烯丙基磺酸鈉（AL S） ，35 %水溶液；苯乙烯，化學(xué)純；鹽酸， ≥36 %；甲醛，工業(yè)品；水泥，堡壘42.5R 型復(fù)合硅酸鹽水泥，華新水泥股份有限公司；砂：河砂， Mx = 2.6 ； 石子： 5～20 mm ，二級配；性能測試用聚羧酸減水劑（Co PoCa） ：德國麥斯特SP-8SL ；萘系減水劑：β2萘磺酸甲醛縮合物（ FDN） ，水電八局外加劑廠生產(chǎn)。
1.2 合成工藝（ 圖1）
萘磺酸的合成及水解：根據(jù)文獻(xiàn)[ 3 ] ，反應(yīng)到水解這一步，水解溶液備用。
減水劑的合成：按照文獻(xiàn)[4 ]采取正交法合成聚羧酸前體，其溶液經(jīng)萃取后，進(jìn)行氯甲基化反應(yīng)，然后與第一步所得備用溶液進(jìn)行縮合反應(yīng)，生成聚羧酸- 萘共聚型高效減水劑的溶液。
1.3 性能測試
1.3.1 凈漿流動度的測定
按照GB 8077 - 87《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》，在水灰比W ∶C = 0.35 時分別測定摻有Co2PoCa 、WHJ S 及FDN 的水泥的凈漿流動度，并與空白試驗做對照。
1.3.2 ζ 電位測量
將1 g 水泥加入到400 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35 %的減水劑溶液中，攪拌約5 min后，離心，將清液抽入毛細(xì)管，用WD-9408D 顯微電泳儀測定電泳電位。
1.3.3 坍落度實(shí)驗
2 結(jié)果與討論
2.1 紅外光譜圖分析
圖2 是聚羧酸- 萘共聚型高效減水劑的IR 圖。
從圖2 可以看到：1696.69 cm- 1 處是由C = O 基伸縮振動產(chǎn)生的特征吸收峰，正常的C = O 基峰應(yīng)出現(xiàn)在1723.26 cm- 1 附近，因為C = O 基與SO3 H 基之間有氫鍵形成使峰的位置產(chǎn)生偏移；1200 cm- 1 附近也有C - O 的伸縮振動峰，因為減水劑溶液偏堿性，且減水劑分子中不可能含醚，故該減水劑分子中含有羧基；1600 ～ 1450 cm- 1 段有芳烴的骨架振動峰；1118.30 cm- 1 處是磺酸基的伸縮振動峰。這就證明含羧基的聚羧酸前體長鏈分子接枝到了萘環(huán)上。
2.2 流動度測量
圖3 是摻有不同減水劑溶液的凈漿流動度隨時間變化的曲線圖。
從圖3 可以看出，3 種摻有減水劑的凈漿流動度相對不摻減水劑的凈漿均有大幅提高，其中聚羧酸減水劑的凈漿初始流動度最大，為261.3 mm ，且凈漿流動度幾乎不隨時間的延長而下降；WHJ S 的水泥初始凈漿流動度為248.3 mm ，略大于萘系減水劑的凈漿初始流動度， 但是WHJ S 的凈漿流動度經(jīng)時變化小，90 min后流動度減少量不超過初始流動度的2 %，相對而言萘系減水劑的凈漿流動度下降得較快。
2.3 ζ 電位測量
如果不考慮立體吸附形態(tài)效應(yīng)，一般而言，ζ 電位絕對值越大，水泥顆粒之間的排斥力就越大，凈漿流動度就越大，經(jīng)時性就越好[6 ] 。
水泥顆粒吸附減水劑分子后影響 ζ 電位值的主要因素是減水劑的結(jié)構(gòu)和吸附量。不同減水劑溶液的ζ電位值如圖4 所示。從圖4 可以看出，空白試驗時，水泥顆粒表面的ζ電位從+ 10 mV下降到0 mV ，最后變?yōu)?