脂肪族羟基磺酸盐缩合物高效减水剂的合成与应用1

    摘　要　针对混凝土的坍落度损失问题，对缓凝剂进行优选研究，发现一种纤维素类物质，能够降低混凝土的坍落度损失，且对早期强度的影响很小。

    关键词　混凝土外加剂　坍落度损失　缓凝剂　早期强度　优 选

    1　前　言

    目前，国内高效减水剂的应用越来越普遍，而最常用的品种仍然是萘系减水剂。这类减水剂 具有成本低、减水率高的优点，但是坍落度损失问题比较严重，直接影响到减水剂的使用效 果，尤其是对于集中搅拌的商品混凝土。如何有效地控制坍落度损失，也是进一步推广应用 高效减水剂和开发混凝土新技术必须解决的一大问题。

    坍落度损失的原因，首先在于水泥是一种具有水化活性的物质，减水剂的加入加速了水泥的 初期水化进程；其次，水泥颗粒对减水剂的强烈吸附，又使液相中减水剂的有效浓度很快降 低，ξ电位不断下降。既然坍落度损失是由于水泥水化造成的，延缓水泥的水化进程必然能 够改善坍落度保持效果；因此在减水剂中复合缓凝组份，是目前降低坍落度损失最经典的方 法。但复合缓凝组份又带来了新的问题，就是影响混凝土早期强度的发展。一般说来，1d、 3d强度均低于不掺缓凝组份的混凝土，7d以后强度才逐渐赶上。这将会严重影响下一步 工序的进行，是我们所不希望的。本文的目的，就是通过缓凝剂的优选研究，既达到降低混 凝土坍落度损失的目的，又尽量减少对混凝土早期强度的影响。

    2　缓凝剂的结构特征

    缓凝剂对水泥水化的作用机理尚未完全搞清，目前主要有吸附理论、络合理论和沉淀理论等 。具有缓凝作用的物质很多，既有有机的，也有无机的。无机缓凝剂包括硼砂、氧化锌、磷 酸盐和偏磷酸盐等，它们的作用机理在于在水泥颗粒表面形成难溶性膜，阻碍水泥水化过程 。无机缓凝剂由于缓凝作用往往表现得不够稳定，因此不常使用。有机缓凝剂主要包括木质 素磺酸盐、羟基羧酸(盐)、糖类及碳水化合物、多元醇及其衍生物等，其中多数是表面活性 剂，它们在延缓水泥水化的同时，还具有一定的分散作用。从分子结构上来说，带有羟基是 缓凝剂的突出特点，由于羟基的数量、位置的不同而表现出不同的性质。

    3　用于控制坍落度损失的缓凝剂的优选研究

    含有羟基、具有缓凝作用的物质很多。控制坍落度损失的缓凝剂，最理想的是既能够显著地 延缓初凝，而对终凝的影响要尽量地小，这样才不至于影响混凝土早期强度的发展。也就是 说，用于控制坍落度损失的缓凝剂必须进行优选。优选的范围不能仅局限于目前经常使用的 是木质素磺酸盐和某些羟基化合物等，而且还要考虑到工业上生产、使用量大，来源广泛。 按照以上的原则，从缓凝剂的结构理论出发，我们从众多具有缓凝作用的物质中选择出木质 素磺酸盐、羟基羧酸(盐)、纤维素等进行了试验对比，主要考察坍落度的经时变化及对早期 强度的影响。研究结果如下。

    3.1　木质素磺酸盐　

    木质素磺酸盐是一种缓凝型减水剂，是最早用于控制坍落度损失的外加剂之一。但是， 木质素磺酸盐的引气性较强，掺量不宜过大，因而缓凝效果很有限；另外，木质素磺酸盐的 水泥适应性较差，有时反而会增大坍落度损失。

    3.2　羟基羧酸(盐)

    用作混凝土缓凝剂的羟基羧酸(盐)主要有柠檬酸、葡萄糖酸钠、酒石酸钾钠等。柠檬酸的掺量在0.05～0.1％时，对于控制坍落度损失具有较好的效果，且对3天强度影响不大，但1天强度降低仍较多。

    3.3　某种纤维素

    纤维素也是一种含羟基的化合物，由于其取代基、分子量的不同而有不同的品种。在减水剂 中复合合适的纤维素成分，不仅可以延缓混凝土的凝结，而且对改善大流动性混凝土的离析 和泌水有一定的效果。以下是我们的试验结果：

    由表1、表2、表3可以看出，缓凝剂或缓凝型减水剂对控制坍落度损失都有较好的 效果，但是对混凝土早期强度的影响较大；而经过优选的某种纤维素成分基本上不存在此类 问题，其中的原因尚待进一步研究。采用以上研究成果，我们配制出 TS—2型泵送剂，经省 建筑质量检测中心检验，全部指标均达到一等品标准。

    表1　　木钙对混凝土坍落度损失和早期强度的影响

    外加剂掺量(%C) 坍落度的经时变化(mm) 抗压强度( MPa) 
    0min 30min 60min 1d 3d
    FDN 0.7% 180 120 80 4.7/100 12.9/100
    FDN 0.7%+木钙0.15% 175 140 90 3.7/79 11.6/90
    FDN 0.7%+木钙0.20% 180 160 100 3.1/66 11.4/88
    FDN 0.7%+木钙0.25% 190 165 120 2.7/57 10.5/81

    注：考虑到木钙本身的减水作用，随木钙掺量的增加再适当减水。

    表2　　柠檬酸对混凝土坍落度损失和早期强度的影响

    掺量(C%) 坍落度的经时变化(mm) 抗压强度(MPa) 
    0min 30min 60min 120min 1d 3d
    0 180 120  80 - 4.7/100 12.9/100 
    0.05 180 140 120  65 4.1/87 12.7/98 
    0.075 180 150 130 70 2.9/62 12.1/94 
    0.1 180 165 150 85 2.0/43 11.9/92

    表3　　某种纤维素对混凝土坍落度损失和早期强度的影响

    掺量(C%) 坍落度的经时变化(mm) 抗压强度(MPa) 
    0min 30min  60min 1d 3d
    0 180 120 80 5.0/100 17.4/100
    0.1 160 175 150 4.2/84 16.2/93
    0.2 175 175 170 4.6/92 17.2/99
    0.3 175 180 160 3.8/76 16.4/94

　4　结　论

    通过掺加缓凝剂的方法,延缓水泥的水化进程,是目前控制坍落度损失最有效的措施,但对混凝土的早期强度影响较大。本文在研究了坍落度损失的机理以及缓凝剂的结构特征的基础上，经过大量的对比试验找到一种纤维素类物质，既能降低坍落度损失，且对混凝土早期强度 的不利影响很小。系统的检验证明，采用此类物质配制的泵送剂，对混凝土早期强度的 影响远低于通常使用的木质素磺酸盐、羟基羧酸（盐）等类缓凝剂。