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原材料质量对萘系高效减水剂性能的影响是什么?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-09-24

一、原材料性质对萘系高效减水剂性能的影响

(一)工业萘对萘系高效减水剂性能的影响

工业萘是最主要的原料,它的纯度影响着产品的各项性能,包括减水率的大小、流动度损失情况及与水泥的适应性问题。相同的合成工艺,用不同纯度的工业萘合成出的产品,性能差别主要通过水泥净浆试验做对比,由图1和图2可以清楚地看出萘的纯度对水泥净浆流动性的影响趋势。如图1所示,同掺量时掺A1的水泥净浆流动度远远大于A3的水泥净浆流动度,而且A3的引气量大,与水泥的适应性不好。由此可见,随着萘纯度的增加,不仅同掺量下减水率显著增大,且在低掺量时减水率增大,降低了减水剂饱和点的掺量。因此,合成萘系高效减水剂时,一般应把工业萘的纯度控制在96%以上。

由图2可以看出,相同掺量下(0.75C%),低纯度萘合成出的减水剂流动度损失显著增大,94%的萘合成出的减水剂水泥净浆0.5h后流动度完全损失掉,随着萘纯度的增大,流动度随着时间的损失也越来越小。

工业萘属于焦油类原料,它以萘为主,还含有甲基萘、蒽油、菲等。纯度较低的工业萘,其中的甲基萘、蒽油、菲的含量就相对较高。甲基萘经过磺化、水解、缩合反应也具有减水作用,但引气量大,而且还会影响混凝土强度。而蒽油、菲虽具有芳香性,但比萘差。如蒽油、蒽环的电子云密度并不平均化,因此,蒽油很容易发生亲电取代反应。一元取代物有三种,在三个位置,γ位比α位和β位都活泼,所以,反应通常发生在γ位。而γ位,带有磺酸基降低蒽环的反应活性,从而降低后期的缩合质量,降低萘系的减水率。由图1可以看出,相同的合成工艺,减水率却相差很大。

(二)硫酸浓度对萘系高效减水剂性能的影响

硫酸的浓度是影响萘系高效减水剂是否具有减水率及减水率大小的最关键的因素,低浓度的硫酸合成出的产品几乎没有减水性能。图3为三种不同浓度的硫酸在完全相同的合成工艺条件下合成出的萘系高效减水剂性能比较试验。当硫酸浓度为90%时,合成出的减水剂同掺量下其水泥净浆流动度非常小,而当硫酸浓度达到98%时,不仅高掺量下水泥净浆流动性好,而且低掺量下水泥净浆也具有相对较高的流动性。图4为三种不同浓度的硫酸合成出的减水剂同掺量下(0.75C%)的水泥净浆损失情况,由图中曲线可知,硫酸浓度越高,减水剂的水泥净浆经时损失也相对较小。

产生上述结果的主要原因是所用的硫酸是起亲电取代反应的磺化剂作用。加热时,浓硫酸与萘发生亲电取代反应,形成Lewis酸(SO)对芳环进行SE反应,故认为磺化试剂为SO,因此,形成亲电试剂需要足够浓度的硫酸。浓度小于95%时,不能形成足够的亲电试剂,磺化不充分,影响后期缩合反应的进行,水泥净浆流动度很小,减水率小。当用小于95%的硫酸和96.7%的工图5 减水剂掺量与净浆流动度曲线业萘合成萘系高效减水剂时,不仅减水率小,而且有大量的气泡,具有引气作用。

(三)甲醛浓度对萘系高效减水剂性能的影响

在完全相同的合成工艺条件下,甲醛的浓度极大地影响着减水剂的质量。图5为三种不同浓度的甲醛合成出减水剂的性能试验。用35%的甲醛和37%的甲醛合成的减水剂的性能变化不是太大,而30%的甲醛已经严重影响减水剂的性能。

缩合前物料总酸度一般控制在28% ~30%,较低酸度下物料很难缩合,最终缩合后产品性能也较差。低浓度的甲醛含水量高,大幅度降低了缩合前的物料总酸度,影响后期缩合质量。同时,甲醛带进的水也降低了物料的浓度,使物料黏度降低,影响缩合速度与产品的分子链排布。但是,如果采用低浓度甲醛而同时改变缩合工艺(包括加水量、加水时间间隔、缩合温度等),浓度在30%以上的甲醛对萘系减水剂的减水率影响并不大。而浓度在30%以下的甲醛因含水太多,即使改变缩合工艺也会较大幅度地影响萘系高效减水剂的减水率。

二、总结

原材料的质量直接影响着萘系高效减水剂的各项性能,其中影响最大的就是工业萘和硫酸的质量。因此,要得到高质量的萘系高效减水剂,必须首先选择优质原材料。

(1)萘的纯度越高,减水率越高,水泥净浆经时损失越小。低纯度的萘因含有甲基萘等杂质而降低萘系的减水率,且具有引气作用,因此,一般把萘的纯度控制在96%以上较好。

(2)硫酸浓度越高,减水剂性能就越好。浓度为95%以下的硫酸不能对萘环进行充分的磺化,从而使得合成出的减水剂性能急剧降低。

(3)甲醛浓度的影响必须考虑缩合工艺,相同的缩合工艺应选择浓度差别不大的甲醛。甲醛浓度改变时,应相应调整缩合时的用水量和缩合时间。

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