氨基磺酸系高效减水剂的研究现状与展望

氨基磺酸系高效减水剂的研究现状与展望

混凝土是目前使用最广泛的建筑材料。20世纪30年代初,美国最早使用木质素磺酸盐作减水剂来改善混凝土的和易性,使混凝土由干硬性混凝土向流动性混凝土转变,从此拉开了在混凝土中使用外加剂的序幕。外加剂在混凝土中的应用,对提高混凝土的强度、和易性、耐久性以及降低生产成本产生了十分明显的作用,已成为现代混凝土必不可少的组分之一,而减水剂是应用面最广、使用量最大的一种外加剂。日本和德国于20世纪60年代相继分别研制成功1氨基磺酸系高效减水剂的合成和应用氨基磺酸系高效减水剂最早是20世纪80年代末在日本得到开发和应用,其通式如图1所示。国外在氨基磺酸系高效减水剂的原料选择、合成工艺、物理复配及在混凝土中的应用方面进行了大量的研究工作。氨基磺酸系高效减水剂是以氨基芳基磺酸盐、苯酚类和甲醛进行缩合的产物,其中苯酚类化合物,包括一元酚(如苯酚)、多元酚(如间苯二酚,对苯二酚)或烷基酚(甲酚,乙酚)、双酚(双酚A,双酚S)或以上化合物的亲核取代衍生物。甲醛也可以用其他醛类化合物或能产生醛类的化合物代替,如乙醛、糠醛、三聚甲醛等。氨基磺酸系高效减水剂的研究进展可分为下面4个阶段。(1)芳香族磺酸盐和甲醛缩合物或酚类化合物与甲醛的缩合物用在水泥、混凝土等中作减水剂。如用芳香族磺酸与甲醛的缩合物作为水泥减少剂,用萘酚磺酸及萘酚磺酸与甲酚、甲醛树脂的缩合物来减少用湿法工艺生产的波特兰水泥新拌砂浆中的含水量。Papalos(2)由对氨基苯磺酸与苯酚类化合物在甲醛的水溶液中缩聚。在这一阶段主要探讨了氨基磺酸系减水剂的合成工艺。古安部太郎等(3)氨基磺酸系高效减水剂与其他混凝土外加剂的物理复配。为了改善其性能,在氨基磺酸系高效减水剂与其他混凝土外加剂在物理复配方面也做了许多工作。Yamato(4)与聚氧烯烃类化合物缩聚。综合聚羧酸系和氨基磺酸系两类优秀高效减水剂的优点,能得到更加优秀工作性和早期强度的高效减水剂BO为C2磺酸系高效减水剂中国在20世纪90年代末才开始对氨基磺酸系高效减水剂进行研究,目前正处于起步阶段。较早开展这类工作的是北京城建工程研究院和清华大学。清华大学冯乃谦3高效减水剂的作用机理氨基磺酸系高效减水剂具有减水率高、分散性好、缓凝作用较强和坍落度损失小的特点,由于其应用时间较短,其作用机理研究尚很少报道。HUchikawa等目前用于解释高效减水剂作用机理的主要有静电斥力理论和空间位阻理论。静电斥力理论以DLVO溶胶分散和凝聚理论为基础,认为高效减水剂对水泥浆体的分散作用主要与吸附、静电斥力(空间位阻理论认为由于聚合物结构中支链多且长,在水泥颗粒表面吸附时形成庞大的立体吸附结构,尽管其饱和吸附量减少,另外由于氨基磺酸系吸附在水泥颗粒表面后,氨基磺酸系分子中含有大量的羟基(—OH)、氨基(—NH4目前，氨基磺酸系高效水资源降低的问题和方向应用过程中的问题目前氨基磺酸系高效减水剂在生产与应用中存在着3个方面的问题,影响其生产与推广应用。一是原料价格偏贵,生产成本偏高;二是应用过程中对掺量比较敏感,若掺量过低,水泥粒子不能充分分散,混凝土坍落度较小,若减水剂掺量过大,则容易使水泥粒子过于分散,混凝土保水性不好,离析泌水现象严重,甚至浆体板结与水分离,在施工中很难掌握;三是目前生产氨基磺酸系高效减水剂的原料为苯酚及甲醛,均为易挥发的有毒物质,生产工艺控制不好会给环境造成较大的污染。氨基磺酸系绿色高效减水剂的应用展望(1)通过与价格相对较便宜的外加剂,如木质素磺酸盐系,进行化学反应改性或物理复配的办法,在保持原有高减水率、大坍落度、坍落度经时损失小等特性的基础上,降低生产成本,同时克服对掺量敏感、泌水率高、混凝土易离析的缺点,这是能否在工程中得到广泛推广应用的关键。(2)深入研究优化合成反应的工艺,以降低苯酚或甲醛在产品中的残余含量,同时用无毒或低毒的物质取代或部分取代苯酚或甲醛来生产氨基磺酸系绿色高效减水剂,来减少或消除生产和使用过程中对环境所产生的污染。(3)加强对氨基磺酸系等高性能减水剂的减水作用机理及掺加高性能减水剂后对混凝土性能的影响等方面的理论研究。高性能混凝土概念的提出及在工程实践中的应用时间均不长,在中国仅是开始,对其的研究还很不完善。目前国外偏重于研究掺高性能减水剂的新拌混凝土的有关性能、硬化混凝土的力学性能及工程使用技术,而对其分子结构