0 前言
高效減水劑是生產(chǎn)高強(qiáng)、高性能混凝土的主要原料之一。目前在國內(nèi)市場上，使用的高效減水劑主要有萘系減水劑，磺化三聚氰胺系減水劑，氨基磺酸鹽系減水劑以 及聚羧酸鹽系減水劑[1，2]。其中萘系減水劑使用量最大，但是它存在著一些缺陷：比如生產(chǎn)過程中對環(huán)境污染比較嚴(yán)重；減水率不是很高；產(chǎn)品保坍性能差； 硫酸鈉含量高，冬季有結(jié)晶沉淀的現(xiàn)象。而且原料工業(yè)萘價(jià)格波動較大。
脂肪族減水劑是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型減水劑[3]。它是以丙酮、甲醛、焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉等為主要原料，經(jīng)過磺化、縮合而制得的陰離子高分 子表面活性劑。它具有以下特點(diǎn)：(1)減水率高。(2)含氣量低，有利于制備高強(qiáng)、高性能混凝土。(3)Na2S04含量低，冬季無結(jié)晶沉淀現(xiàn)象，可以方 便地復(fù)配成防凍劑、泵送劑。(4)原料來源廣泛，在工業(yè)萘價(jià)格上揚(yáng)的今天，其性價(jià)比要高于萘系減水劑。
脂肪族高效減水劑反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜[4]。不同的工藝和配方雖然都可以生產(chǎn)出脂肪族減水劑，但是各種產(chǎn)品的綜合性能相差很大。影響脂肪族減水劑性能的因素 有：合成時(shí)的加料方式、反應(yīng)溫度、反應(yīng)濃度、原料配比等[5]。本文在介紹合成工藝的基礎(chǔ)上，對幾個(gè)重要影響因素進(jìn)行了討論分析。
1 實(shí)驗(yàn)
1．1 主要原料
丙酮(工業(yè)級)、甲醛(工業(yè)級)、焦亞硫酸鈉和亞硫酸鈉(工業(yè)級)。
1．2 合成實(shí)驗(yàn)
(1)將一部分甲醛、丙酮和Na2S：O，混合均勻，備用。
(2)在裝有回流冷凝管、溫度計(jì)、攪拌器、滴液漏斗的四口燒瓶中加人稱量好的自來水和Na2SOs以及另一部分甲醛。開動攪拌器用水浴升溫至55℃，在55-65℃條件下用滴液漏斗緩慢滴加上述的混合液，滴加時(shí)間3-4h。
(3)滴加完畢后，升溫至90-95~C，保溫2-3h，得到含固量為35％的產(chǎn)品。
1．3 水泥凈漿實(shí)驗(yàn)和混凝土實(shí)驗(yàn)
(1)實(shí)驗(yàn)原材料：減水劑為本實(shí)驗(yàn)合成的脂肪族高效減水劑。此外，為了與其它減水劑比較，選用了常用的磺化三聚氰胺減水劑SM及萘系減水劑；水泥采用52．5基準(zhǔn)水泥；集料為5-20mm的碎石和風(fēng)干中砂。
(2)水泥凈漿實(shí)驗(yàn)：按照GB／8077-2000的方法測定水泥凈漿流動度。
(3)混凝土實(shí)驗(yàn)：按照GB8076-1997的方法進(jìn)行混凝土性能的測定。
2 結(jié)果與討論
2．1 加料方式對產(chǎn)品分散性能的影響
不同的加料方式得到的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不一樣，從而使產(chǎn)品的分散性能不一樣。實(shí)驗(yàn)中，分別滴加不同量的甲醛(A)及丙酮(B)，所得脂肪族減水劑產(chǎn)品的分散性能見表1。
注：減水劑摻量為水泥量的0．5％,W／C為0．29。
由表1可以看出，不同的加料方式對脂肪族減水劑的分散性有較大影響。單獨(dú)滴加甲醛(A)時(shí)凈漿流動度只有170mm，混合滴加50％的甲醛和全部丙酮時(shí)流動度可以達(dá)到260mm。
2．2 醛酮摩爾比對分散性能的影響
不同的醛酮摩爾比得到的產(chǎn)品的相對分子量及分子量分布不一樣。作為一種分散劑要有合適的相對分子質(zhì)量及分子量分布，所以醛酮摩爾比是生產(chǎn)脂肪族減水劑的一個(gè)重要參數(shù)。試驗(yàn)分別在不同醛酮摩爾比下合成脂肪族減水劑，其產(chǎn)品分散性見表2。
由表2可以看出，醛酮摩爾比為2．1時(shí)，產(chǎn)品的分散性能最理想。醛酮摩爾比過小或過大時(shí)，產(chǎn)品的分散性能都不理想。
2．3 磺化劑同丙酮摩爾比對分散性能的影響
磺化劑用量是影響脂肪族減水劑分散性的另一關(guān)鍵因素。因?yàn)榛腔瘎楫a(chǎn)物提供了磺酸基團(tuán)，而較多的磺酸基團(tuán)對產(chǎn)品的分散性有利。但如果磺酸基團(tuán)過多，則由于 空間位阻的影響又會使縮合困難，從而導(dǎo)致產(chǎn)品分子量過小，即磺酸基團(tuán)過多會使產(chǎn)品分散性能下降。實(shí)驗(yàn)研究了磺化劑同丙酮的摩爾比對產(chǎn)品分散性能的影響，結(jié) 果見表3。
由表3可知，磺化劑與丙酮的摩爾比在0．7時(shí)產(chǎn)品的分散性最好。
2．4 Na2S03與Na2S20，的摩爾比對分散性的影響
脂肪族減水劑是在堿性條件下合成的，pH值一般在10．5~12為好。所以用Na2SO3和Na2S2O5配合使用來調(diào)整pH值。分別在不同Na2SO3與Na2S2O5的摩爾比下合成脂肪族減水劑，其分散性見表4。
由表4可以看出，Na2SO4與Na2S2O5的摩爾比在7時(shí)產(chǎn)品的分散性最好。Na2SO4與Na2S2O5過小或過大時(shí)的pH值均不合適，從而使產(chǎn)品的分散性下降。
2．5 反應(yīng)物濃度對分散性的影響
反應(yīng)物只有在合理的濃度下才能得到理想的產(chǎn)品，濃度過低使反應(yīng)不易進(jìn)行，濃度過大又使反應(yīng)太過激烈，導(dǎo)致產(chǎn)品分子量過大。分別在不同濃度下合成脂肪族減水劑，其分散性見表5。
從表5可以看出，濃度在35％時(shí)產(chǎn)品的分散性能最理想。濃度過大或過小都對產(chǎn)品分散性不利。
3 脂肪族減水劑同其它減水劑的性能比較
將脂肪族減水劑與其它品種減水劑進(jìn)行了混凝土性能比較實(shí)驗(yàn)(按GB8076-1997進(jìn)行)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。
注：配合比為C：S：C：1：2．17：3．43
表6的數(shù)據(jù)表明：(1)脂肪族減水劑用量0．5％時(shí)，減水率可以達(dá)到20．8％，說明其分散性能良好。(2)脂肪族減水劑的減水率比萘系和SM減水劑都要高，同時(shí)其3d、7d、28d的抗壓強(qiáng)度也較高。
4 結(jié)論
(1)經(jīng)試驗(yàn)得到的合成酯肪族高效減水劑的最佳配合比是甲醛：丙酮：磺化劑二2．1：1：0．7，其中Na2SO4/Na2S2O5=7。
(2)加料方式對產(chǎn)品性能有較大影響，建議采用滴加50％的甲醛和全部的丙酮，其所獲產(chǎn)品的綜合性能良好。
(3)優(yōu)化脂肪族減水劑的配方和工藝，可以縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的性能。
