CN105017517A - 一种绿色环保、缓凝型高效减水剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种绿色环保、缓凝型高效减水剂的制备方法,该方法包括如下步骤:将蔗糖和对氨基苯磺酸溶于水中,于70-100℃反应1-7小时,即得到所述绿色环保、缓凝型高效减水剂,其中,所述对氨基苯磺酸与蔗糖的摩尔比为(0.1~1):1。采用本发明方法制备得到的减水剂兼具减水、缓凝效果,可根据不同掺量实现不同工程需要,且效果良好,同时,该产品成本相对较低,无甲醛污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种绿色环保、缓凝型高效减水剂的制备方法。
背景技术
蔗糖是常用来延长混凝土凝结时间、实现新拌混凝土保塑性的一种有机缓凝剂,其通过调整水泥水化过程,延缓水泥水化放热,在施工灌注和提高工程质量方面具有重要作用,尤其对夏季和大体积混凝土施工更具有重要现实意义。
依据现有蔗糖缓凝机理研究,在蔗糖使用过程中存在一个临界掺量,当在少掺量范围内时,蔗糖缓凝作用一方面表现在蔗糖分子对水化产物的吸附,另一方面其与Ca2+离子作用形成络合物蔗糖钙,抑制Ca(OH)2晶核及C-S-H凝胶生长;而在较大掺量范围内时,其将促进钙矾石(AFt)结晶,出现对水泥的促凝效果。
利用蔗糖改性而制备的高效减水剂有着较好的使用性能,其中王文平等通过蔗糖改性,制备出丙烯酸蔗糖酯,并以此为原料合成出蔗糖酯改性聚羧酸减水剂,在固体掺量0.2%、水灰比0.29时,水泥净浆流动度达303mm,减水剂性能良好;陈妍等以自制甲基丙烯酸蔗糖酯、丙烯酸、甲基丙烯酸等为原料,在过硫酸钾引发作用下,制备出蔗糖基聚羧酸高效减水剂,在固体掺量0.3%、水灰比0.29条件下,水泥净浆流动度为340mm,且水泥抗折强度增强。
根据目前工程上缓凝剂使用情况,为满足特殊工程需要,在实际施工中主要采用将缓凝剂和其他高效减水剂复配使用方案,但该工作模式在方便实用和兼容性方面存在不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷,提供了一种绿色环保、缓凝型高效减水剂的制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
一种绿色环保、缓凝型高效减水剂的制备方法,包括如下步骤:将蔗糖和对氨基苯磺酸溶于水中,于70-100℃反应1-7小时,即得到所述的高效减水剂,其中,所述对氨基苯磺酸与蔗糖的摩尔比为(0.1~1):1。
进一步,所述对氨基苯磺酸与蔗糖的摩尔比为(0.5~0.9):1,最优选地的为0.7:1。
进一步,反应温度为优选为90-100℃,最优地为90℃。
进一步,反应时间优选为4-6小时,最优地为5小时。
进一步,按总质量浓度为0.3-0.5%,将蔗糖和对氨基苯磺酸溶于水中。优选地,按总质量浓度为0.4-0.5%,将蔗糖和对氨基苯磺酸溶于水中。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明减水剂的红外图谱;
图2是本发明减水剂的示差折光检测器图谱;
图3是对氨基苯磺酸与蔗糖的摩尔比对减水剂性能的影响曲线;
图4是反应温度对减水剂性能的影响曲线;
图5为反应物浓度对减水剂性能的影响曲线;
图6为反应时间对减水剂性能的影响曲线;
图7是本发明减水剂在水泥颗粒表面的吸附性能曲线;
图8是本发明减水剂对Zeta电位的影响曲线;
图9是本发明减水剂对砂浆减水率的影响曲线;
图10是本发明减水剂对净浆流动度经时损失曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
原料及仪器
蔗糖,市售一级;对氨基苯磺酸,分析纯;氢氧化钠,分析纯;P·O 42.5级普通硅酸盐水泥;中国ISO标准砂;萘系高效减水剂,市售。
Waters 2414示差折光检测器;FT-IR Spectrometer L128-0099傅立叶变换红外光谱仪;Nano ZS 90型纳米粒度及Zeta电位分析仪;752紫外可见分光光度计; GJ160-2双转双速水泥净浆搅拌机;JJ-5水泥胶砂搅拌机;JC/T 727水泥净浆标准稠度与凝结时间测定仪;ZT-96型ISO水泥胶砂振实台;NLD-3水泥胶砂流动度测定仪;NYL-300压力试验机。
性能测试方法
(1)水泥净浆流动度的测定:按GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试。水灰比采用0.35,减水剂掺量为水泥用量的0.5%(均以粉计)。
(2)固含量和砂浆减水率的测定:按GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行测试。
(3)抗压强度的测定:按GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》的规定测试。
(4)减水剂饱和掺量及净浆流动度经时损失的测定:饱和掺量参考水泥净浆流动度的测定进行;测定净浆流动度后,将净浆转入杯子里,放入养护箱。隔1h测定其净浆流动度,测定时搅匀。
实施例1
于配有回流冷凝管、搅拌器、温度计的四口烧瓶中,按对氨基苯磺酸与蔗糖摩尔比为0.7:1,反应物总质量浓度为0.43%,将反应物对氨基苯磺酸和蔗糖溶解于水中,然后水浴升温至90℃,反应3h后停止加热冷却至室温,得均一深红棕色产品溶液,调节pH至6.5-7使用。
产品溶液可加乙醇,醇沉、洗涤得到纯化的减水剂。
取10ml上述样品与20ml无水乙醇混合,析出的沉淀用无水乙醇洗涤去除杂质,于60℃烘箱中干燥后进行红外光谱、分子量及分子量分布分析。
图1为样品的红外图谱,在3272cm-1处为较宽的-OH和-NH2伸缩振动峰;1599cm-1、1498cm-1、是苯环上的C=C键伸缩振动产生的特征吸收峰;1397cm-1处可能为芳香胺C-N伸缩振动吸收峰;819cm-1处是苯环对位取代的特征吸收峰;1117cm-1、1030cm-1处为-SO3 -的伸缩振动产生的特征吸收峰;1170cm-1可能为醚键或磺酸根的伸缩振动吸收峰,红外图谱表明本发明的减水剂分子中含有氨基、羟基、磺酸基、苯环、醚键等官能团。
分子量及分子量分布测定:利用Waters 2414示差折光检测器,采用3根Ultrahydrogel 250Ao凝胶柱串联,以纯水为流动相,在测试温度40℃、进样量20μL及样品浓度2.0mg/L条件下,实现对减水剂分子量及其分布的测定,结果如表1及图2。
表1 分子量及分布
由图2可以看出,样品出现了较明显的双峰,双组分的比例为28%和72%,各峰分布相对集中,其中38min左右锋的样品分子量如表1所示,其数据分子量为25510,重均分子量为41228。
实验例
在实施例1的基础上,分别调节对氨基苯磺酸与蔗糖的摩尔比、反应温度、反应物浓度、反应时间,考查各自对酯化率的影响,结果如下。
图3为对氨基苯磺酸与蔗糖的摩尔比对减水剂性能的影响曲线,在(0.1~1):1范围内,净浆流动度随着摩尔比的增大先增大后减小。由图3可以看出,对氨基苯磺酸与蔗糖的摩尔比优选为(0.5~0.9):1,最优选地的为0.7:1。
图4为反应温度对减水剂性能的影响曲线,由图4可以看出,在70-100℃范围内,随着反应温度上升,净浆流动度变化趋势为先升高后趋缓,因此,优选的反应温度为90-100℃,最优地为90℃。
图5为反应物浓度对减水剂性能的影响曲线,由图5可以看出,净浆流动度随反应物质量浓度的增大先增大后降低,因此,优选地,反应物浓度为0.4-0.5%,最优选地为0.43%。
图6为反应时间对减水剂性能的影响曲线,由图6可以看出,开始时净浆流动度随时间的延长而增大,于5h时出现峰值;继续延长反应时间,净浆流动度呈降低趋势。因此,优选地反应时间为4-6小时,最优地为5小时。
本发明减水剂的性能
如无特别说明,以下各性能测试中,本发明的减水剂用量以纯量计。
1、减水剂在水泥颗粒表面的吸附性能研究
本发明的减水剂具有-SO3H,-OH,-NH2等官能团,通过对水泥颗粒表面吸附,可改变固液界面物化性质和颗粒间作用力,吸附曲线如图7所示。
由图7可以看出,在低掺量下,随着减水剂浓度的增加吸附量增加明显,当减水剂浓度增至2g/L时,吸附量增量趋缓,其中本发明的减水剂和萘系高效减水剂的饱和吸附量分别为10.06 mg/g和6.3 mg/g,且在对应相同掺量下,本发明的减水剂较萘系高效减水剂有更高的吸附量。
2、 Zeta电位的测定
减水剂通过吸附在水泥颗粒表面,改变水泥表面的点和分布,并形成双电层结构,增强静电斥力效应,提高减水剂的分散作用,而Zeta电位的测量可以直观反映静电斥力效应,所以在吸附量研究的基础上,进一步对比分析了减水剂掺量对Zeta的影响(图8)。
图8表明,随着水泥中减水剂掺量的增加,水泥颗粒表面电位绝对值逐步增大,本发明的减水剂在掺量8g/L时,Zeta电位绝对值为27.8mV,相应萘系高效减水剂的Zeta电位绝对值为38.6mV。
3、砂浆减水率的测定
按照标准,对减水剂不同掺量时的砂浆减水率进行测定,由图9可见,随着减水剂掺量的增加,砂浆减水率明显增大,掺量为0.3%,0.5%,0.7%,0.9%时砂浆减水率分别达到13.1%,16.8%,21.5%和24.1%,减水剂性能良好。
4、饱和掺量和净浆流动度经时损失的测试
依据国标,测定了减水剂不同掺量下的水泥净浆流动度及1h水泥净浆流动度,结果见图10(水灰比为0.35)。
从图10可知,减水剂掺量为0.5%时,水泥流动度达到265.5mm,而掺量大于0.5%时,净浆流动度随掺量增加变化不明显,故临界掺量为0.5%。 同时,在减水剂固体掺量为0.1%~0.9%时,水泥净浆流动度经时损失较大;当减水剂掺量大于0.9%时,净浆流动度经时损失较小趋于平缓为4.7%。因此,在固体掺量大于0.9%时,减水剂具有较好的净浆流动度保持性能。
5、砂浆抗压强度的测定
依据国标,测试了减水剂掺量为0.3%、0.5%和0.7%下的砂浆抗压强度(表2)。
表2减水剂掺量对砂浆抗压强度的影响
从表2表明,减水剂固体掺量为0.3%和0.5%时,3d、7d和28d砂浆抗压强度比均有所提高,约为同期空白砂浆抗压强度的120%;固体掺量为0.7%时,3d砂浆抗压强度比强度降低较多,7d抗压强度比基本持平,28天抗压强度比达到110%有所提高;固体掺量为0.9%时,砂浆3d、7d、28d抗压强度较空白均较低,出现假凝现象。
以上性能实验表明,本发明的减水剂兼具减水、缓凝效果,可根据不同掺量实现不同工程需要,且效果良好,同时,该产品成本相对较低,无甲醛污染。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种绿色环保、缓凝型高效减水剂的制备方法,包括如下步骤:将蔗糖和对氨基苯磺酸溶于水中,于70-100℃反应1-7小时,即得到所述的高效减水剂,其中,所述对氨基苯磺酸与蔗糖的摩尔比为(0.1~1):1。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述对氨基苯磺酸与蔗糖的摩尔比为(0.5~0.9):1。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述对氨基苯磺酸与蔗糖的摩尔比为0.7:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,反应温度为90-100℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,反应温度为90℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,反应时间为4-6小时。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,反应时间为5小时。
8.根据权利要求1-7任一所述的制备方法,其特征在于,按总质量浓度为0.3-0.5%,将蔗糖和对氨基苯磺酸溶于水中。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,按总质量浓度为0.4-0.5%,将蔗糖和对氨基苯磺酸溶于水中。
10.一种依权利要求1-9任一所述的方法制备得到的绿色环保、缓凝型高效减水剂。
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