氨基磺酸系高效减水剂的合成及其应用技术研究

1、氨基磺酸系高效减水剂的合成及其应用技术研究 前言：         高性能混凝土（HPC）是指具备良好的工作性能、优异的力学性能和耐久性能的混凝土。要配制高性能混凝土，除掺加一定量的矿物外加剂，如硅粉、超细矿渣及天然沸石粉外，高效减水剂已成为高性能混凝土不可缺少的组成材料。        目前我国生产和使用最广泛的高效减水剂主要有萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛缩合物、磺化脂肪族等，这些减水剂虽有较高减水率，但还不能完全满足工程的要

2、求，它们在低水灰比下流动性较差，而且坍落度损失大，不利于商品混凝土的运输和施工，不太适合配制高性能混凝土。在这种背景下，新型高效减水剂不断研制诞生，氨基磺酸系高效减水剂就是其中之一。        我们从2002年1月起，研制开发了氨基磺酸系高效减水剂，考虑到杭州地区的商品混凝土价格为全国最低地区之一，市场要求开发的新型高效减水剂的成本不能太高，所以我们用尿素取代部份对氨基苯磺酸钠来降低成本。本文对其合成方法及合成后的减水剂性能进行了研究，并通过工程应用，证明了该种减水剂在增强混凝土的流动性，改善可泵性，减少混凝土坍落度的经

3、时损失及免振自密实方面有良好的表现。1  氨基磺酸系高效减水剂的合成1.1 实验用原料        对氨基苯磺酸钠：纯度不小于97%，工业级；        苯酚：纯度不小于99%，工业级；        尿素：含氮量不小于46.3%，工业级；        甲醛：纯度不小于37%，工业级； &#

4、160;      NaOH（30%溶液）：工业级。        催化剂：自制1.2  合成方法        称取一定量的对氨基苯磺酸钠和尿素置于反应容器中，加入苯酚和一定体积的水，升温到一定值使其全部溶解，再滴加甲醛进行缩聚，尔后注入催化剂分子重聚，保温一段时间，最后用氢氧化钠溶液调节PH值至碱性，冷却后即得到氨基磺酸系高效减水剂（以下简称PA）。1.3 合成工艺参数的确定尿素取代量

5、0;       在合成过程中加入尿素CO(NH2)2,这样一方面可以节约成本，更重要的是加入尿素后，可以有效降低最终产品中的游离甲醛含量。尿素取代对氨基苯磺酸钠的量要适当，取代过高，产生大量的羟甲基单磺酸脲缩和物，减水率降低；取代过低，成本太高，对推广市场不利。我们按0%，8%、16%、24%、32%、40%、48%七种取代量做试验，用成品净浆流动度，砂浆减水率判别质量，以成本作为分析，选取合适取代表1 尿素取代量试验结果编号尿素取代率（%）水泥净浆流动度（mm）水泥砂浆减水率（%）备注1025525.1PA掺量1.2%水87g浙江

6、新都PO42.5级  若不特别指出，以下各表皆同2825023.231624022.542421019.553218516.664016014.474814512.5         从表1可以看出：当取代量为16%时，净浆流动度下降15mm，砂浆减水率下降2.6%。取代量超过这个数，流动度和减水率下降幅度迅速增大，所以我们选择取代量为16%。 反应浓度、温度控制        浓度的控制至关重要，浓度过高，缩聚成大分子，物料发粘，减水

7、率低，生产不易控制。浓度低，分子链短，分散效果好，但易离析，坍落度损失快。我们选择了30%、35%、40%、50%等浓度做试验，结果列于表2。浓度对产品质量的影响                               表2编号浓度水泥净浆流动度（mm）水泥砂浆减水率（%）物料状态8302002

8、0流动性能好93525023流动性能好104021018发粘115013012稠        从表2可以看出，当浓度为35%时，净浆流动度，砂浆减水率，产品的流动性能均较好，所以我们最终选择了35%的浓度。温度的控制也很关键，温度过高，反应速度加快，生产不好控制。温度过低，副反应少，反应速度慢，有时不反应。我们在各阶段选择了合适的温度，满足了需求。 催化剂        萘系缩聚主要是-萘磺酸钠和甲醛，其等当量反应，只要控制好酸度，分子结构就基本控制住了

9、。但氨基磺酸盐缩聚是对氨基苯磺酸钠、苯酚和甲醛，加尿素的话还有羟甲基脲，反应很复杂，难控制，若反应后直接进行中和，则反应产物有所不同，分子结构好，减水率高，分子结构差，减水率低，可现性差。我们通过投入催化剂进行分子重聚，使分子结构尽可能稳定，向图一发展，其减水率就稳定，能进行规模生产。 中和        有机反应多数是可逆反应，反应完成后应破坏反应环境，我们选择破坏PH值和降温。生成产物在碱性条件下是稳定的，我们就加碱中和，产品PH值控制810。产品温度降到40后出料。2 掺氨基磺酸系高效减水剂的混凝土性能试验2.1 试验

10、用原材料        氨基磺酸系高效减水剂：本厂生产，水剂，35%浓度        HR1-4（萘磺酸盐甲醛缩合物高效减水剂）：本厂生产，40%浓度        水泥：浙江新都PO42.5级        砂子：中砂，细度模数2.4       

11、; 碎石：5-25mm        水：自来水2.2 掺PA剂的混凝土基本性能试验        我们将PA剂于HR1-4萘系高效减水剂进行对比试验，结果列于表3                    PA剂于HR1-4减水剂对比试验结果   &#

12、160;                     表3减水剂掺量（%）减水率（%）W/C坍落度（mm）抗压强度（MPa）/强度比（%）初始1h2h3d7d28d/0.5085/26.5/10035.9/10046.1/100HR1-41.8200.4020580/41.5/15746.2/12957.3/124PA1.0220.3922021518045.4/17150.3/14061.5/133

13、PA1.5250.37523022018545.5/17251.1/14261.4/133PA2.0300.3524024023040.0/15148.5/13557.3/124从表3数据可以看出：        1、  掺PA剂的混凝土的流动性明显优于萘系的HR1-4高效减水剂，且坍落度经时损失小，1小时几乎没损失，2小时也没有大幅度的下降，仍能保证在可泵的状态。        2、  掺PA剂的混凝土的减水率较掺萘系的HR1-4高效

14、减水剂高，且随着掺量的增加而增加。但掺量达到2%时，混凝土有泌水离析现象。PA剂的适宜掺量范围在0.8%1.5%。        3、  掺PA剂混凝土的抗压强度较同龄期的掺萘系HR1-4高效减水剂的混凝土高10%15%。2.3免振自密实模拟试验新拌混凝土穿透钢筋试验        我们制作了一幅2米高、5米长、0.5米宽的墙体，内部配双排5025200的钢筋，将掺PA剂的混凝土（掺量1.2%，坍落度210mm，扩展度600*600mm）从2米高

15、度往下浇注，结果发现拌合物能自如穿透钢筋到达底部，拆摸后混凝土表面如机械振捣一样，光洁平整。新拌混凝土水泥浆流失试验        将新拌混凝土从2米高度下落到两只盛水高度达1.0米的铁桶中，然后测其水溶液密度。结果掺PA剂的混凝土密度为1.100，不掺的为1.140。说明掺了PA剂后水泥浆流失在水中的比例明显减少。3  PA剂在工程上的应用3.1 在地下连续墙混凝土中的应用        杭州某工程地上二十二层，地下三层。对地下三层的外墙，设计

16、成地下连续墙。该地下连续墙周边长285米，厚0.8米，深0.00以下23.5米。连续墙分幅浇灌，每幅5米。每幅配有5025200双排列钢筋，并焊有多块预埋铁件。砼强度等级为C35，抗掺要求为S6。浇灌条件在水下，要求砼在不振捣的情况下，穿透钢筋时，砼各组分不分散，不离析；穿透水层时，水泥浆不流失；达到浇灌深度时，能自流平、自密实。        针对工程的这些要求，商品砼公司选用我们的PA剂，共供应4800立方米，其配合比及拌和物性能如表4所列。      

17、0;           连续墙混凝土配比及拌和物性能                           表4每立方米砼材料用量（Kg）拌和物理解坍落度出机扩展度（mm）流滴时间（s）常压泌水率（%）PO新都42.5级粉煤灰砂碎石水PA剂

18、出机30min60min90min428486659901907.14220210205200590*600151.3        在施工过程中，搅拌站及施工现场对应制作试块各57组。28天龄期的试压统计结果如表5所示。              57组试快试压统计结果表          

19、60;                       表5项目搅拌站（标准养护）现场（自然养护）28天平均强度值（Mpa）43.338.828天最底组强度值（Mpa）41.235.5强度标准差（Mpa）1.691.76变异系数（%）3.74.5结论按GBJ107-87标准会译合格按GBJ107-87标准会译合格      

20、;  表5情况表明：不管是搅拌站还是现场。试件强度离散性均较小。搅拌站的标准养护试件的变异系数仅为3.7%，现场自然养护试件也只有4.5%，比以往采用萘系减水剂的工程统计结果下降约一倍。        连续墙施工完成7天后，内侧开挖进行实体观察：砼表面没有发现蜂窝、麻面、疏松、露筋、裂缝等弊病。说明砼拌和物穿透钢筋时，组分没有分散，自如的下落到底部，流平、密实，达到了预期的效果。3.2在高架路桥工程中的应用        杭州市某高架路桥工程距搅拌站20余公里，箱梁砼的设计等级C50。施工正值夏季（平均气温35以上）。要求泵送施工。商品砼公司选用我们的PA剂，其配合比如表6所列。每立方米砼材