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1009 蒽系减水剂

产品简介
  
该产品是将粗蒽磺化、水解缩合、中和雾化干燥制成的棕褐色粉末,无毒、无臭、不含氯离子,对钢筋无锈蚀作用。该产品是本公司引进开发的新型产品,具有高减水率,低引气量,高增强,混凝土拌合物施工和易性好,不易泌水,离析,适用于 C10 ~ C60 强度等级的混凝土。可用于预应力混凝土、蒸养混凝土、流态混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土、广泛用于道路、各种工业与民用建筑工程中,本产品执行 GB807 6 — 1997 高效减水剂质量标准。

主要技术性能
1 .掺量:按含固量计算,一般占水泥质量的 0.5 ~ 1.5 %,最大减水率≥ 30 %, 28 天强度提高 30 %以上。
2 .匀质性指标

粉剂

外观

棕褐色粉末

PH 值

8 ~ 12

含水量

≤ 5%

细度

0.315 筛余量< 15%

液体

外观

棕褐色液体

PH 值

8 ~ 12

含固量

≥ 30%

沉淀物

≤ 3%

使用范围及注意事项
1 .适用于常用五大品种水泥混凝土工程。
2 .外加剂的最佳掺量,必须经过试验确定。
3 .粉剂采用编织袋内衬塑料袋包装,每袋重量 20 ~ 40kg 装,液体采用 50 ~ 20 0 ㎏ 桶装或用槽罐车运输。
4 .粉剂保持保质期为两年,水剂保质期为半年,过期产品需重新检验产品性能,合格后方可使用。
5 .大气温度低于正 1 0 ℃ 时,需不断调整液体浓度,浓度≥ 30 %时,液体易于结晶,有条件时应加热液体 4 0 ℃ 左右。否则应降低液体含固量,提高液体掺加量,防止结晶。
6 .该产品在保存时,粉剂注意防雨,防潮,避免结块,液体防止负温度结冰。
7 .掺本剂的混凝土拌合物,应适当延长搅拌时间 30 ~ 60 秒,保证拌合物的匀质性。
8 .本剂不可与聚羧酸盐高效减水剂复合使用,以免产品变性,失去减水功能。

一、蒽系高效减水剂的合成

1 .蒽油
   蒽油也称防腐油,为蒽、菲、咔唑等的混合物,黑色油状液体,相对密度 1.06 ,系煤焦油经高温精馏而得。 23 5 ℃ 前馏出物不大于 10 %, 36 0 ℃ 前馏出物不小于 75 %。

2 .合成原理
   蒽系高效减水剂的合成主要经历磺化反应、水解反应、缩合反应和中和反应。由于蒽油中含有的菲、咔唑的结构与蒽相似,化学性质也近似,文中的化学反应均用蒽来表示。
(1) 磺化反应
  蒽易磺化,磺化反应极为复杂。蒽环上有 α 、 β 、 γ 位之分,结构如下图所示:

  γ 位由于位组效应,一般较难进行反应; α 位电子云密度较大,比较容易磺化,磺化物也比较容易水解;而 β 位电子云密度小,较难磺化,磺化物也较难水解,所以发生磺化取代反应时,因反应条件不同就可形成。 α - 蒽磺酸、 β- 蒽磺酸和蒽二磺酸等产物。由于蒽磺酸和甲醛的缩合也是一个亲电缩合反应,而磺酸基是一个吸电子集团,会降低蒽环的反应活性,相比之下, α - 蒽磺酸和蒽二磺酸等更易降低蒽环的反应活性,不利于缩合反应的进行。所以必须严格控制磺化反应,使其能得到较高比例的 β- 蒽磺酸,以使缩合反应较易进行。

蒽磺化的主反应为:

(2) 影响磺化反应的主要因素
   1) 投料比例。为了提高转化率,使反应体系中的蒽充分反应,硫酸的投料量应略超过蒽量,但不可超量过多,否则易形成蒽二磺酸的副反应。
   2) 反应温度。反应温度低, α - 蒽磺酸的比例将提高;反应温度过高,蒽二磺酸比例将提高。
   3) 反应时间。通常有机反应速度较慢,反应时间太短,转化率将较低。但反应时间过长,则降低了生产效率,也易生成蒽二磺酸等异构物。
   磺化反应控制的好坏,直接影响 β- 蒽磺酸的含量,对缩合后产品质量影响很大。磺化效果好的,经充分缩合后,蒽系减水剂产品性能好;反之则产品性能较差。

(3) 水解反应
   水解反应主要除去。 α - 蒽磺酸和蒽二磺酸,否则会使缩合反应受影响,最终影响产品质量。水解温度控制在 110 ~ 12 0 ℃ 水解反应可进行的较完全。水解补水量应使补水后的物料酸度能够满足缩合要求,即不会因补水过多、酸度过低而导致缩合反应难以进行,但也不能因水解补水过少、缩合物料酸度过高,使缩合反应太快而难以控制,甚至出现物料溢锅和固化现象。
   水解主要反应式为:

(4) 缩合反应
   缩合反应是合成高效减水剂的关键反应。 β- 蒽磺酸与甲醛在酸作催化剂的条件下可发生缩合反应。催化剂的作用是将甲醛转化成反应性强的羰离子,即 CH 2 O+H 3 O + → CH 2 OH + +H 2 O ,然后这个阳离子再与 β- 蒽磺酸化合物反应,进一步反应可以生成多核产物:

(5) 影响缩合反应的主要因素
   1) 缩合酸度。
   2) 甲醛量。甲醛量直接影响缩合反应进行的程度,甲醛和蒽的摩尔比值高,易生成多蒽核的磺酸盐,相应地减水剂的性能也好。但加入量若过多,一则造成原料浪费,二则高聚合度的蒽磺酸甲醛缩合物也不利产品质量。
   3) 反应温度。缩合反应采用低温加甲醛,用较慢的速度滴加甲醛及分段升温就是为了减少甲醛的挥发,同时可保证整个加甲醛过程中,物料基本未起粘度,使后加入的甲醛能迅速分散于物料中,易于缩合反应。甲醛滴加完毕后,适当提高温度,可促进缩合反应的进行,但温度过高易使反应急剧进行而造成冲料、结釜等严重事故。
   4) 反应时间。实际生产中,应选择适宜的反应时间,既能使反应基本完全以保证产品质量,又能适当提高生产效率。

(6) 中和反应
   采用液碱和石灰乳两步中和,得到聚次甲基蒽磺酸钠,以降低产品中的硫酸钠含量,提高产品性能。中和时要控制好加碱速度,并调节好 pH 值。中和反应式如下:

二、蒽系减水剂的生产工艺
(1) 将计量好的蒽油投入反应釜中,升温至 12 0 ~ 13 0 ℃ 开始搅拌,按配合比以细流方式加入 95 %~ 98 %的浓硫酸,同时启动水膜除尘装置,吸收反应产生的酸性气体。
(2) 于 13 5 ~ 14 0 ℃ 恒温磺化反应 2h ,取样测磺化酸度,根据酸度值计算水解补水量,在 11 0 ~ 12 0 ℃ 下水解 30min 。
(3) 降温至 8 0 ℃ 以下,以较慢的速度滴加甲醛,整个滴加时间不宜少于 60min 。加甲醛过程中若发现物料升温较快,应及时向釜内夹套通冷水降温。
(4) 待加完甲醛后,于 80 ~ 85 ℃ 下缩合反应 3 ~ 4h ,当物料粘度很大时,应及时向釜内补水调节。
(5) 将缩合好的物料放人中和槽中,先加液碱,再加石灰乳中和物料, pH 值至 7 ~ 9 ,再将物料过滤除去硫酸钙沉淀。水剂物料可调节至一定含量,制成水剂成品使用,也可干燥成粉剂成品,粉剂成品为深褐色。

三、蒽系减水剂的减水机理
  
蒽系减水剂的主要成分为聚次甲基蒽磺酸钠。磺酸盐类物质易溶解于水,溶解后均有离解作用,生成带有负电荷的有机阴离子及无机阳离子 (Na + 、 Ca 2 + ) ,因此它属于阴离子表面活性剂。离解后的阴离子两端性质不同,具有两亲性:即分子一端具有极性很强的亲水基团 ( 磺酸基 ) — SO 3 — ,有较强的亲水性;另一端为有机烷链,属于憎水基团,随着烷链的加长,蒽系减水剂在水中的溶解度将变差。
   蒽系减水剂分子有机链中的蒽环借助于分子间的引力和水泥颗粒作用,被平铺地吸附于水泥颗粒的表面,而其作为一种聚合物电解质,其水溶液是一种亲液溶胶,亲液溶胶达到一定的浓度就形成网络结构。这种聚合物电解质的最基本特性是随着 pH 值的增加,溶液粘度成千百倍地增加,即由流动性变为凝胶状。当水泥颗粒吸附足够的减水剂后,借助于 SO 3 — 和水分子氢键缔合作用,再加上水分子之间的氢键缔合,便在水泥表面形成了一层溶胶膜。普通水泥本身是一种碱性较强的物质,当蒽系减水剂随水加入水泥中之后,由于这种碱性的作用,使网络结构的蒽系减水剂溶胶膜有结构粘性,因而形成的溶胶膜具有较强的稳定性,极大地减少了水泥颗粒间互相结合的可能性,阻碍了水泥颗粒的凝聚,形成更加稳定的分散体系。这样,只需很少量的水就易将水泥拌合均匀,从而达到减水的目的。

四、蒽系减水剂的性能试验

1 .匀质性试验
   蒽系减水剂的匀质性试验,依照《混凝土外加剂匀质性试验方法》 (BC 807 7 — 2000) 进行,试验结果见下表。

蒽系减水剂匀质性试验结果

pH 值 (1% 溶液 )

表面张力 (N/m)

C l — (%)

Na 2 SO 4 含量 (%)

水泥净浆流动度 ( ㎜ )

8.7

7.11 5 × 10 -2

0.29

2.8

240

注:净浆流动度试验用 42.5 级普通硅酸盐水泥,水泥用量 300g ,蒽系减水剂用量 1.8g (0.6 %掺量 ) ,用水量 85.8g 。

2 .混凝土性能试验
(1) 原材料
   水泥为 42.5 级普通硅酸盐水泥;粗骨料为粒径 5 ~ 2 0 ㎜ 碎石,压碎指标 8.6 %,含泥量 0.6 %;细骨料为河砂,细度模数 2.8 。

(2) 试验方法及结果
   将蒽系减水剂萘系高效减水剂按照《混凝土外加剂》 (BG 807 6 — 1997) 进行对比试验,水泥用量 330 ㎏ /m 3 ,砂率 39 %,试验结果见下表。

蒽系和萘系高效减水剂性能对比

项目

基准混凝土

掺蒽系减水剂混凝土

掺萘系高效减水剂混凝土

GB807 6 — 1997

减水剂一级品要求

掺量 (%)

0

0.6

0.8

0.6

0.8

减水率 (%)

19.5

24.5

21.0

25.9

≥ 12

泌水率比 (%)

61

48

63

52

≤ 100

含气量 (%)

1.9

2.3

2.5

2.0

2.1

≤ 3

凝结时间 (min)

初凝

320

310/-10

305/-15

310/-10

305/-15

-6 0 ~ +60

终凝

445

430/-15

425/-20

425/-20

425/-20

-6 0 ~ +60

抗压强度比 (MPa)

3d

14.7/100

23.4/159

25.7/175

24.5/167

27.3/186

≥ 130

7d

21.3/100

30.5/143

32.4/152

31.1/146

33.7/158

≥ 125

28d

33.1/100

45.7/138

48.7/147

46.7/141

50.3/152

≥ 120

  从表 3 可见:蒽系减水剂的减水率和抗压强度比均高于 GB 807 6 — 1997 中规定的高效减水剂一级晶的指标要求,具有明显的减水、增强效果;产品不缓凝、微引气、泌水少;蒽系减水剂的减水、早强和增强效果是随着掺量的加大而增加;与萘系高效减水率对比结果表明,蒽系减水剂的性能接近于目前使用最广泛的萘系高效减水剂。

五、分析
(1) 蒽油和工业萘都为炼焦工业的副产品,蒽油原料供大于求,工业萘则供不应求,且蒽油的价格只有工业萘的 30 %左右。因此,蒽系减水剂作为一种非萘系高效减水剂,具有原料来源有保证,生产成本低廉的特点。同时,生产过程采用水膜除尘装置吸收酸气,操作时无环境污染,适于规模化生产。
(2) 蒽系减水剂的氯盐含量和硫酸盐含量低,引气性也较小,减水、早强、增强效果明显,掺量为 0.6 %~ 0.8 %时,减水率达 19.5 %~ 24.5 %,混凝土 3d 强度提高 50 %以上, 28d 强度提高 135 %以上。
(3) 蒽系减水剂的生产成本不到萘系高效减水剂的一半,而其产品性能接近萘系产品。蒽系减水剂的生产可扩大高效减水剂的原料来源,缓解萘原料紧缺的局面,具有明显的经济效益和社会效益。

[ 应用实例 1]

蒽系混凝土高效减水剂
本产品完全符合《混凝土外加剂》国家标准 GB8076 — 1997  

  混凝土高效减水剂是我厂生产的主要产品之一,完全符合《混凝土外加剂》国家标准 GB8076-1997 一等品高效减水剂的各项技术指标。混凝土高效减水剂主要成份为聚次甲基多环芳烃磺酸钠,其化学结构如下:

  本品与萘系按 1 : 1 复合,可减少 50 %萘系减水剂用量,性能比纯萘系更好,造价较低 ( 净浆流动度,效果一般 ) 用砂浆或混凝土作试验,叠加效应十分明显。
   本产品系低引气性高效减水剂,该产品是首先由日本研制成功的,当时命名为“ NL -1400 ” ,后我国有关科研机构也研究成功,并不断完善其性能,并定型为“ AF ”,我厂生产的高效减水剂是一种改进型,其性能已比原“ AF ”有很大的提高,其适宜掺量为水泥质量的 0.7 %~ 1.0 %。

主要性能:

1 、减水率 15 ~ 20 %,早期强度提高 4 0 ~ 80 %, 3 ~ 5d 可达设计强度为 70 %, 7d 达设计强度等级, 28d 强度提高 20 %以上,抗拉、抗折和后期强度也显著提高。
2 、可使混凝土坍落度由 3 ~ 5cm 提高到 20cm 左右,保水性、粘聚性和可泵性显著提高,同时强度也有较大提高。
3 、可节省水泥 15 %,每 1t 产品节省水泥 30t 以上。
4 、混凝土拌合物含气量增加 1 ~ 2.5 %,混凝土的抗冻性、抗渗性和抗碳性能显著提高,抗渗标号可达 P15(S15) 。
5 、对蒸汽养护具有适应性。对硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥及用硬石膏、氟石膏为调凝剂的水泥均有良好适应性。
6 、对混凝土收缩无不良影响,对钢筋无锈蚀。

主要用途:

1 、配制早强混凝土、高强混凝土、泵送混凝土、道路混凝土、防水混凝土、巷工及水工混凝土等。
2 、配制蒸养混凝土及蒸养砂浆。蒸养混凝土构件和水泥制品中应用高效减水剂,可降低养护温度,缩短蒸养时间,高温季节甚至可不用蒸气养护。实践表明,每用减水剂,可节煤 5 0 ~ 60t 。
3 、用较低标号水泥配制较高强度的混凝土。如用 525 号水泥配制 C50 、 C60 混凝土,用 425 水泥配制 C50 混凝土等。

使用方法:
1 、掺量用量为 0.2 5 ~ 1.2 %。常用掺量为 0. 7 ~ 1.0 % ( 以干粉占水泥重量的百分之比 ) ,在配制低号混凝土或采用矿渣水泥、火山灰质水泥时,宜选用 0. 5 ~ 0.7 %的掺量,如为节约水泥,提高经济效益时,宜采用上述低掺量。配制高标号及预应力钢筋混凝土则应选用 0. 8 ~ 1.2 的掺量,采用与粉煤在“双掺”时宜适当 ( 增大 ) 掺量。

2 、掺加方法:
  掺加粉剂可根据具体情况选用以下一种方法:
(1) 把粉剂先与水泥直接混合,然后再与骨料和水合,即先掺法。
(2) 把粉剂预先溶解成溶液再同拌合水一起加入,即同掺法。
(3) 搅拌过程中,粉剂略滞后于拌合水 1 ~ 2min 加入,即滞水法此法为最佳掺法。

  为保证最佳的使用效果,建议用户在初次使用本产品时,根据工程要求和具体条件,参照上述说明对减水剂掺量、掺加方法及凝结时间等做必要的混凝土试配,并在施工过程中,严格控制好减水剂及拌合水的用量。

包装及贮存:

1 、本产品装于内衬塑袋纺织袋中,每袋净重量为 25kg .
2 、粉剂应存放于干燥处,注意防潮。
3 、本产品有效期为 2 年,超期经混凝土试配检验后确认合格,方可使用。



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