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氨基磺酸系高效减水剂反应工艺简单,减水率高、坍落度大、混凝土强度高,具有较大的推广价值,是很有发展前途的一种新型高效减水剂。但在应用过程中,氨基磺酸系高效减水剂存在对掺量比较敏感的问题,混凝土保水性不好,离析泌水现象严重,此外还存在着原料价格偏高,生产成本高等问题,限制了其在混凝土中的应用。
本论文探索氨基磺酸系高效减水剂应用性能的影响因素;并在反应过程中引入碱木质素,研制了一种减水分散作用强、坍落度大及坍落度经时损失小、保水性能改善、混凝土工作性能好的新型氨基磺酸系高效减水剂ASL。
本文通过改变原料配比和反应物浓度,考察氨基磺酸系高效减水剂ASP的应用性能影响因素。以特性粘度表征产物分子量变化,以水泥净浆流动度表征产物分散性。研究表明,当对氨基苯磺酸钠用量增加或甲醛用量减少时,产品特性粘度呈降低趋势;提高反应物配比中的对氨基苯磺酸钠或甲醛用量均可提高产物分散性,改变甲醛用量对产物分散性能的影响较改变对氨基苯磺酸用量的影响大;提高对氨基苯磺酸钠或甲醛用量,降低反应物浓度,掺加产品的砂浆流动度损失总体上呈减小趋势;提高对氨基苯磺酸钠或甲醛用量,增加反应物浓度,掺加产品的砂浆泌水率增加,保水性变差。
在实验范围内,氨基磺酸系高效减水剂ASP配比n(A)∶n(P)∶n(F)为1.00∶2.00∶3.75,反应物浓度为33.1%时产品性能较好。该产品特性粘度为6.83 mL·g<-1>。当水灰比为0.20,掺量为0.6%时,掺该产品的水泥净浆流动度达到270mm,砂浆在2h内的流动度损失率为28.0%;掺量为0.7%时,掺该产品的砂浆的泌水率为16.3%。
由草浆碱木质素替代部分苯酚对氨基磺酸系高效减水剂进行改性,合成新型氨基磺酸系高效减水剂ASL。ASL的优化合成反应工艺条件为n(A)∶n(L)∶n(P)∶n(F)=1∶0.60∶1∶3.75,反应溶液pH值控制在9.2~9.8,反应物浓度控制在30%~36%,95℃下酚化时间为1h,然后在90℃缩合3.5h。优化合成下工艺合成的ASL产品游离甲醛的含量为0.011 g·kg<-1>,游离苯酚的含量为0.060 g·kg<-1>,低于目前酚醛树脂产品中游离甲醛和游离苯酚的国家标准。
新型氨基磺酸系高效减水剂ASL重均分子量为5973,数均分子量为2467,其应用性能研究结果表明,掺ASL的水泥净浆凝结时间延长且在较低水灰比下具有流动度大,流动度经时损失小,砂浆和混凝土减水率高等特点。掺量0.5%时ASL能使水泥净浆的初凝和终凝时间延长113min和154min。当ASL掺量为0.5%,水灰比为0.24时,水泥净浆流动度为200mm,比掺FDN的提高32.5%,且2h水泥净浆流动度损失率仅为4.7%:ASL在低掺量时能改善泌水情况,0.5%掺量ASL的砂浆泌水率仅为9.3%,为空白砂浆的59%;在高掺量下,掺加ASL的砂浆泌水率也较ASP有大幅度下降。ASL掺量为0.6%时,砂浆和混凝土减水率分别为16.7%和14.8%,3d、28d混凝土抗压强度比为空白的226%和262%。研究表明ASL可以用以配置高性能混凝土。 ASL减水分散和增强作用机理研究表明,ASL能使水溶液的表面张力降低至60mN·m<-1>,其在水泥颗粒表面的平衡吸附量为5.4mg·g<-1>,与FDN的相近,但能使水泥颗粒的ξ电位绝对值提高到53.0mv,远大于FDN的37mv。ASL的优良减水作用主要来源于静电斥力作用和引气滚珠效应。由于ASL的掺加能使水灰比大幅度减小,其保水性使泌水通道减少,明显减少水泥内部孔隙率;同时其缓凝作用使水化过程减慢,有利于水泥颗粒的充分水化,使水化混凝土的结构更加均匀、密实而具有更高的抗压强度,综合使得ASL对混凝土具有良好的增强作用。