季銨鹽型抗泥劑的合成及其性能研究

黎錦霞張煒梁曉彤林震（廣東復(fù)特新型材料科技有限公司；廣東新業(yè)混凝土有限公司）

季銨鹽型抗泥劑的合成及其性能研究

黎錦霞1張煒1梁曉彤1林震2
（1廣東復(fù)特新型材料科技有限公司；2廣東新業(yè)混凝土有限公司）

采用1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺為原料制備出一種季銨鹽晶體抗泥劑，其最佳反應(yīng)條件：反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時間8h。所制備季銨鹽晶體抗泥劑能提高減水劑的適應(yīng)性，增加混凝土流動性，抑制坍落度損失，混凝土強度提高1MPa左右，對膨潤土的吸附具有較佳的抑制作用，其最佳摻量為0.04%。

抗泥劑；季銨鹽；聚羧酸系高性能減水劑；混凝土

1　前言

隨著混凝土工業(yè)的迅速發(fā)展，大量天然的砂石已經(jīng)消耗殆盡，還由于各種材料條件限制，各地的砂石資源逐漸劣質(zhì)化，特別是大中城市有很多的高含泥砂和尾礦砂以及二者的混合砂。聚羧酸減水劑在粘土中具有強烈的吸附趨向，對骨料中的泥土非常敏感，對混凝土的運輸、工作性能和強度都帶來很大的影響，是目前面臨的技術(shù)難題［1～4］。砂石材料中的泥主要為蒙脫石土和高嶺土，具有較高的比表面積和層狀結(jié)構(gòu)，使其優(yōu)先于水泥吸附減水劑和自由水，從而導(dǎo)致混凝土的坍落度損失大、流變性差、耐久性和強度下降等問題［5～7］。

目前國內(nèi)也有抗泥劑及抗泥型減水劑的相關(guān)研究［8～10］，在一定程度上解決了混凝土因含泥量過高而導(dǎo)致性能變差的問題，對季銨鹽晶體抗泥劑的相關(guān)研究較少。本文根據(jù)泥土對外加劑吸附機理制備季銨鹽晶體抗泥劑，工藝簡單，使用方便，適用于高含泥骨料，能夠有效減少粘土與外加劑競爭吸附。

2　實驗部分

2.1實驗原料

1，2-二溴乙烷，分析純；四甲基乙二胺，分析純；乙醇，分析純。鈉基膨潤土，湖北中非膨潤土有限公司；FT-S3高減水型聚羧酸系高性能減水劑（40%）、FT-S2標準型聚羧酸系高性能減水劑（40%）、FT-Ⅰ低標號聚羧酸系高性能減水泵送劑（10%），廣東復(fù)特新型材料科技有限公司；華潤PII42.5R水泥，S95級礦粉、II級粉煤灰，廣東新澤建筑材料有限公司；河砂，含泥量1%，細度模數(shù)2.5；石子，花崗巖，含泥量0.8%，2～25連續(xù)級配。

2.2實驗儀器

恒溫水浴鍋、四口燒瓶、溫度計、球形冷凝管、攪拌器、抽濾瓶、布氏漏斗、水循環(huán)真空泵、烘箱、水泥凈漿攪拌機等。

2.3實驗步驟

在帶冷凝管的四口燒瓶中加入計量的50%乙醇溶液（溶劑占70%），并置于水浴鍋中加熱，往四口燒瓶中按一定摩爾比例加入1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺并持續(xù)攪拌，反應(yīng)設(shè)定時間后，將所得產(chǎn)物用布氏漏斗抽濾分離，用乙醇清洗數(shù)遍，得出白色晶體。將白色晶體放入蒸發(fā)皿，放置鼓風(fēng)烘箱中60℃下干燥約2h。最后裝瓶得季銨鹽KN晶體。

2.4性能檢測

2.4.1凈漿測試

抗泥劑KN按照外摻法（占膠凝材料質(zhì)量的百分比）加入減水劑母液中，凈漿測試按照國標GB/T8077-2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》進行，鈉基膨潤土按內(nèi)摻法取代相應(yīng)質(zhì)量的水泥，水泥凈漿測試條件見表1：

表1　水泥凈漿測試條件

2.4.2混凝土性能測試

混凝土性能測試參照國標GB/8076-2008《混凝土外加劑》的相關(guān)標準進行，混凝土配合比見表2：

表2　混凝土基準配合比

3　結(jié)果與討論

3.1合成條件的優(yōu)化

3.1.1反應(yīng)溫度對凈漿流動度的影響

以濃度為50%的乙醇與水為混合溶劑，溶劑占反應(yīng)體系中的質(zhì)量分數(shù)為70%，1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺按照特定的摩爾比例，反應(yīng)時間為8h，考察反應(yīng)溫度對凈漿流動度的影響。將合成得出的KN摻入到FT-S3高減水型減水劑中，并進行水泥凈漿測試，測試條件參照表1。

由圖1可見：水泥凈漿初始流動度隨著KN反應(yīng)溫度的升高而逐漸增大。反應(yīng)溫度在50℃時，水泥凈漿初始流動度只有120mm，1h后流動度只有60mm；溫度到70℃時，則達到273mm；1h后流動度為238mm；繼續(xù)升高溫度，則流動度趨向平穩(wěn)。所以，溫度的提高有助于KN的合成，適宜的反應(yīng)溫度為70℃。

圖1　反應(yīng)溫度對凈漿流動度的影響

3.1.2反應(yīng)時間對凈漿流動度的影響

以濃度為50%的乙醇與水為混合溶劑，溶劑占反應(yīng)體系中的質(zhì)量分數(shù)為70%，1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺按照特定的摩爾比例，選定反應(yīng)溫度為70℃，考察反應(yīng)時間對凈漿流動度的影響。將合成得出的KN摻入到FT-S3高減水型減水劑中，并進行水泥凈漿測試，測試條件參照表1。

由圖2可見：水泥凈漿初始流動度隨著KN反應(yīng)時間的增加而逐漸增大。反應(yīng)時間在4h時，水泥凈漿初始流動度只有168mm，反應(yīng)時間為8h時，則達到270mm；反應(yīng)時間繼續(xù)增加，流動度趨向平穩(wěn)。因此，反應(yīng)時間增長有助于KN的合成，適宜的反應(yīng)時間為8h。

圖2　反應(yīng)時間對凈漿流動度的影響

3.2抗泥效果的性能評價

3.2.1膨潤土摻量對凈漿流動度的影響

采用水泥300g、水68g、外加劑1.5g，使用內(nèi)摻法摻入不同量的膨潤土，對比FT-S3高減水型減水劑與FT-S2標準型減水劑在沒有摻入KN和摻入KN的情況下，考察膨潤土摻量對凈漿流動度的影響，水泥凈漿測試條件參照表1。

圖3　膨潤土摻量對凈漿流動度的影響

表3　膨潤土摻量對凈漿流動度的影響

由表3和圖3可見：沒有摻入KN時，隨著膨潤土的增加，兩種聚羧酸減水劑，不論是初始流動度還是1h流動度都大幅度減小；FT-S2標準型減水劑和FT-S3高減水型減水劑，分別在膨潤土摻量為2%、3%時，1h的凈漿已經(jīng)沒有流動度。摻入KN后，隨著膨潤土的摻量增加，兩種聚羧酸減水劑的初始流動度和1h后流動度的降幅都較小，F(xiàn)T-S3高減水型減水劑 1h后均在160mm以上，F(xiàn)T-S2標準型減水劑 1h后則在140mm以上。由此說明，KN摻入聚羧酸減水劑后，能夠提高減水劑的材料適應(yīng)性，具有良好的抗泥效果。

3.2.2抗泥劑摻量對凈漿流動度的影響

采用華潤水泥PII42.5R 297g，水68g，膨潤土摻量為1%即3g，外加劑摻量為0.2%，摻入不同量的KN抗泥劑，考察不同的減水母液下KN摻量對凈漿流動度的影響。

由圖4可見：隨著KN的摻量從0增加到0.04%，兩種聚羧酸減水劑的初始流動度和1h凈漿流動度逐漸增大，對比沒有摻入KN的，增加幅度明顯。摻量在0.04%時，流動度最大；摻量繼續(xù)增加至0.05%和0.06%時，流動度趨于平穩(wěn)。由此可知此檢測條件下KN的摻量在0.04%時便可達到最大流動度，出于成本考慮摻量為0.04%時達到最佳。

圖4　抗泥劑摻量對凈漿流動度的影響

3.3混凝土試配測試

在不同膨潤土摻量下，對混凝土工作性進行了測試，并按照標準條件進行養(yǎng)護，測試了7d、28d、56d抗壓強度。膨潤土和KN摻量為總膠凝材料用量的百分比，其混凝土配合比參照表2，測試結(jié)果見表4。

由表4可知：隨著膨潤土摻量的增大，混凝土工作性逐步變差，強度也隨之降低；摻入0.04%KN抗泥劑的混凝土的初始坍落擴展度和1h坍落擴展度均大于沒有摻入KN的樣品，膨潤土摻量達到3%時，其抗泥性能開始不足；KN抗泥劑能提高混凝土的流動性，坍落度損失有明顯降低，混凝土強度提高1MPa左右，對膨潤土的吸附具有較佳的抑制作用。

4　結(jié)論

⑴采用1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺為原料，以乙醇為溶劑，制備出一種季銨鹽晶體抗泥劑并確定了最佳反應(yīng)條件：反應(yīng)溫度為70℃，反應(yīng)時間為8h。

⑵季銨鹽晶體抗泥劑能提高減水劑的適應(yīng)性，增加混凝土流動性，抑制坍落度損失，混凝土強度提高1MPa左右，對膨潤土的吸附具有較佳的抑制作用，其最佳摻量為0.04%。

⑶該季銨鹽抗泥劑KN合成原材料及工藝簡單，且產(chǎn)物為固體，便于儲存和運輸?！?/p>

表4　不同膨潤土摻量對混凝土性能的影響

［1］廉慧珍.砂石質(zhì)量是影響混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵［J］.中國混凝土，2010，8：28-32.

［2］吳昊，王子明.聚羧酸減水劑在劣質(zhì)砂石混凝土中失效分析［J］.混凝土，2012，6：86-88.

［3］馬保國，嚴敏，譚洪波，等.含泥量對減水劑性能的影響規(guī)律［J］.濟南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，26（4）：331-336.

［4］李有光，李苑，萬煜，等.泥對摻聚羧酸減水劑的水泥漿體分散性的影響［J］.重慶大學(xué)學(xué)報，2012，35（1）：86-92.

［5］馬保國，楊虎，譚洪波，等.聚羧酸減水劑在水泥和泥土表面的吸附行為［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2012，34（5）：1-5.

［6］于濤，張亮，周鈺淪，等.聚羧酸外加劑與砂含泥量的適應(yīng)性研究［J］.混凝土，2012，3：98-100.

［7］巨浩波，呂生華，劉晶晶.砂石質(zhì)量對混凝土性能影響的研究進展［J］.硅酸鹽通報，2013，32，（12）：2538-2543.

［8］陳國新，祝燁然，沈燕萍，等.抗泥型聚羧酸系減水劑的合成及性能研究［J］.混凝土，2014，4：87-89.

［9］巨浩波.砂石含泥量對聚羧酸系減水劑性能的影響及抗泥劑的合成研究［D］.陜西：陜西科技大學(xué)，2014.

［10］尚蘊果.季銨鹽型粘土穩(wěn)定劑的合成研究及防膨性能評價［D］.中國海洋大學(xué)，2009.

［11］魯紅升，李雯，郭斐，等.低聚季銨鹽型粘土穩(wěn)定劑的合成與性能評價量［J］.精細石油化工，2012，29，（5）：11-13.

［12］韓志昌.粘土穩(wěn)定劑合成技術(shù)研究［D］.浙江大學(xué)，2003.