国内研制和生产的混凝土高效减水剂,在20世纪90年代已经形成两大类。一是合成型单一组分高效减水剂,二是复合型多组分高效减水剂。单一组分高效减水剂又称超塑化剂,对水泥和混凝土的减水增强效果十分显著,但往往难于满足新拌混凝土的工作性及硬化混凝土特定性能的多种要求,因此目前直接用于工程的数量渐少,而代之以复合高效减水剂。
复合型高效减水剂因掺入其他组分从而满足对混凝土不同性能的需求而分别被称为高效泵送剂、高效防冻剂等等。
合成型高效减水剂按主要化学结构的不同可分为几类。 ① 单环芳烃—氨基磺酸盐高效减水剂
这类高效减水剂基本特点之一是使混凝土坍落度在2h内很少损失。
它的基本特点之二是抗压强度增长高于萘系、蜜胺树脂基高效减水剂,十分适合配制高强、超高强混凝土。
基本特点之三是对各种水泥有广泛的适应性,对普通水泥和矿渣水泥及用不同火山灰质掺合料的普通水泥均有良好的适应性,强度发展和坍落度经时变化(损失)保持一致。
它的基本特点之四是减水剂作用大,最大效果的掺量范围小,即对掺量敏感。随着掺量的增加,混凝土减水率、扩展度、各龄期强度均有大幅度提高。最佳掺量按干基计算在水泥用量的0.7%~0.8%之间。此时扩展度达50cm以上,1h坍落度损失不到5%,各龄期强度增长率都可以达到最佳值,28d强度比基准混凝土能提高35~50%。氨基磺酸盐减水剂的混凝土耐久性较萘系减水剂混凝土也优良许多。
这种减水剂的主要原料是苯酚和对氨基苯磺酸等。
氨基磺酸盐高效减水剂的反映机理为:
NH2+ OH甲醛+ 水ΔRSO3-NH2*HCH2 xOHH2*COHCH2 y*OHSO3-R
② 萘系高效减水剂
这是迄今全世界、也是我国产量最大、应用最广泛的高效减水剂,这得益于它能很容易制成棕黄色干粉并且能长久储存。
其特点之一是各项性能指标全符合高效减水剂标准,掺量超过1%时有轻微缓凝性和令混凝土泌水。
特点之二是坍落度损失较大,半小时以后剩余坍落度大约只有60%。
特点之三是与除聚羧酸减水剂之外的高效以及普通减水剂相容性都很好。
其主要原料是工业萘、浓硫酸和甲醛等。 萘系高效减水剂的反应机理为: 磺化反应:
SO3H+ H2SO4160~165℃+ H2Oβ萘磺酸
同时生成:
+ H2SO4160~165℃H2SO4+ H2Oα萘磺酸
水解反应:
H2SO4H2SO4+ H2OH2SO4+ H2SO4 缩合反应:
CH2O+ H +CH2OHSO3HSO3H+(n-1)CH2OH+100~105℃CH2 Hn-1+ SO3H+ H+
SO3Na中和反应
SO3HSO3H+ nNaOH CH2 Hn-1SO3Na+ nH2OCH2 Hn-1 ③ 酮基磺酸盐高效减水剂
亦称脂肪族或醛酮缩合物高效减水剂,因为主要原料用丙酮、甲醛而得名。产品为呈深红色水溶液,掺入混凝土有时产生延迟泌水,使硬化的混凝土染色,养护一段时间会逐渐褪去。不用丙酮合成也可使染色缺点改变,不同合成工艺也会使颜色变浅。 脂肪族高效减水剂的反应机理:
OCH3CCH3OOHNaOHCH3OCH2+CH3CCH3CCH3CCH3
CH2OHOCH3CCH3+OOHCHNaOHHONaOHCH3CCH2OHOH2CH2CCCH2CH2OH+HC..........................................................................................ONaOHHOH2C3CCC(CH2OH
ONaOSOOSONa+H2ONaOHNaOOSOH
OHCH+ONaOSOHNaOOSOCH2OH
OCH3CCH3ONaOSOHNaOOSOCH3CCH3+OH
ONaOSOCH2O(CH2[(OH封端磺化OCH2CH2)nCCCH2SO3NaCHCCH2CO)K(CH2OH)n]1(CH2O)mCH2OCCHO(CH3CCH2OCH2SO3NaCHOCH2CH2)xC支链CH2SO3NaCH3CH3(CH3COOSOCH2CH2CCHCH2CH3)n封端NaOCH3CH2SO3Na
表4列出酮基磺酸盐及萘系、氨基减水剂的净浆流动度及保持情况、净浆及混凝土的凝结时间、混凝土的减水率及引气性的比较数据。可以看出酮基高效减水剂性能较萘系优良而不如氨基高效减水剂。
表4 三种高效减水剂比较 空白 净浆扩展度 初始 — 60min — 净浆凝结时间 初凝 1:45 终凝 2:20 砼凝结时间 初凝 6:10 终凝 11:45 12:50 14:35 15:00 减水 率% — 16.7 18.7 25.0 引气量% — 1.7 2.2 1.3 萘系200 64 2:00 2:20 7:30 0.75% 酮基217 180 2:30 2:50 8:30 0.75% 氨基235 225 3:10 3:30 9:58 0.6% 注:1.萘系、酮基掺量0.75%,氨基0.6%(干基) 2.试验采用琉璃河水泥厂长城牌P.O 42.5级水泥