季铵盐型抗泥剂的合成及其性能研究.doc

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 广东 佛山 528308 ；2. 广东新业混凝土有限公司 广东 佛山 528308;）摘 要：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%。关键词：抗泥剂，季铵盐，聚羧酸系高性能减水剂，混凝土0. 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14。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57。目前国内也有抗泥剂及抗泥型减水剂的相关研究810，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。1.实验部分1.1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-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%，225连续级配。1.2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。1.3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。1.4性能检测1.4.1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 水泥净浆测试条件水泥/g水/gFT-S3、FT-S2/g膨润土/gKN/g297681.530.121.4.2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 混凝土基准配合比水泥/Kg矿粉/Kg粉煤灰/Kg砂/Kg石/Kg水/KgFT- /Kg170908081010701505.12. 结果与讨论2.1合成条件的优化2.1.1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。2.1.2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。2.2 抗泥效果的性能评价2.2.1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。表3膨润土掺量对净浆流动度的影响泥土掺量01%2%3%4%FT-S3 0h2682031326060FT-S3 1h232120606060FT-S2 0h236163806060FT-S2 1h20990606060FT-S3+KN 0h280273254221208FT-S3+KN 1h263241216183158FT-S2+KN 0h243232206174142FT-S2+KN 1h226213187152116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。 2.2.2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。2.3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。表4 不同膨润土掺量对混凝土性能的影响编号膨润土掺量（%）KN掺量（%）坍落度（mm）/扩展度（mm）抗压强度（MPa）0 小时1 小时R7R28R56000200/510*500200/520*52030.842.647.4110200/490*500190/440*45029.140.345.5210.04210/530*530210/520*53029.741.246.6320180/440*440160/380*38027.239.444.8420.04200/490*500190/470*47028.540.445.3530160/350*350130/320*32027.339.542.8630.04170/430*430160/350*35028.740.143.9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。3. 结 论(1)、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。(2)、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%。(3)、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。参考文献：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, 2012,6:86-88.3 马保国,严敏,谭洪波,等.含泥量对减水剂性能的影响规律J.济南大学学报(自然科学版),2012,26(4):331-336.4 李有光,李苑,万煜,等.泥对掺聚羧酸减水剂的水泥浆体分散性的影响J.重庆大学学报,2012,35(1):86-92.5 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):1-5.6 于涛,张亮,周钰沦,等.聚羧酸外加剂与砂含泥量的适应性研究J.混凝土,2012,3:98-100. 7 巨浩波,吕生华,刘晶晶.砂石质量对混凝土性能影响的研究进展J.硅酸盐通报,2013,32,(12):2538-2543.8 陈国新,祝烨然,沈燕萍,等.抗泥型聚羧酸系减