混凝土减水剂研究进展及水溶性纤维素醚的合成与应用

2023-11-03 理论教育版权反馈

【摘要】：减水剂是使用量极大、用途极广的一类混凝土外加剂，占外加剂总量的70%～80%。表1.1减水剂的发展概况表1.1所述有代表性的减水剂的开发与应用情况，科研人员还通过减水剂改性、复配等手段改善和提高减水剂的应用性能，这些工作都为减水剂的广泛利用做出了不可磨灭的贡献。目前研究人员已经非常重视这一情况，希望通过改进生产合成工艺和原材料配比以尽量减少小分子化合物残留，降低减水剂对环境潜在的威胁。图1.2萘系减水剂结构式

从材料过程工程学角度来看，混凝土减水剂的广泛应用有利于节约资源、节约能源、改善环境，具体表现在以下几个方面：在不减少单位用水量的情况下，改善新拌混凝土的工作度，提高流动性；在保持一定工作度的情况下，减少用水量，提高混凝土的强度；在保持一定强度的情况下，减少单位水泥用量，节约水泥；改善混凝土拌和物的可泵性以及混凝土的其他物理力学性能。

减水剂是使用量极大、用途极广的一类混凝土外加剂，占外加剂总量的70%～80%。根据减水剂减水能力不同可划分为普通减水剂和高效减水剂，后者又称为超塑化剂。前者减水率为5%～10%，如木质素磺酸钙减水剂、糖蜜减水剂、腐殖酸减水剂、碱法造纸废液减水剂、棉浆减水剂、草类植物减水剂等；后者减水率大于12%。按减水剂发挥减水作用的主要成分不同，可以将高效减水剂划分为改性木质素磺酸盐系（modified lignosulphonates,ML）、芳香族多环缩合物磺酸盐系（主要萘系磺酸甲醛缩合物，sulfonated naphthalene formaldehyde condensate,SNF）、三聚氰胺系或蜜胺系（sulfonated melamine formaldehyde condensate,SMF）、氨基磺酸系（aminosulfonic formaldehyde,ASF）和聚羧酸系（polycarboxylate,PC）五大类。混凝土减水剂的发展历程如表1.1所示。

表1.1　减水剂的发展概况

表1.1所述有代表性的减水剂的开发与应用情况，科研人员还通过减水剂改性、复配等手段改善和提高减水剂的应用性能，这些工作都为减水剂的广泛利用做出了不可磨灭的贡献。

不可否认，减水剂的发展为混凝土工业的发展提供了更为广阔的空间，但是随着世界范围内对环境保护的日益重视，人们对建筑材料的要求也越来越高，不再仅是追求使用性能的实现，而是更关心功能实现的同时又不危害环境和人身安全，因此人们更愿意采用绿色建筑材料。(www.chuimin.cn)

但是通过对几种通用混凝土减水剂的分子结构、合成路线等方面的分析不难发现，现有的减水剂品种很难满足绿色、环保等要求。以目前在我国占有量较大的萘系高效减水剂为例，其制备流程及分子结构如图1.1、图1.2所示。萘系减水剂（SNF）主要原材料是萘，首先将萘经浓硫酸高温磺化得到磺酸萘（将对减水无效果的β-萘磺酸水解成萘继续利用），再与甲醛缩合成分子量从几千到几万的聚合物，然后经碱中和，过滤去除其中的硫酸钙，得到的滤液即为萘系减水剂，但由这种工艺制备的减水剂溶液浓度往往较低，需进一步浓缩、干燥，方可最终得到粉体萘系减水剂。从原材料角度看，萘本身是一种致癌物质，反应过程中以甲醛做缩合剂，甲醛也是一种强危害性物质，为生产带来安全隐患；另外，合成过程中很难保证所有化学试剂完全、彻底的反应转化成缩聚物，因此在产品中含有游离的萘和甲醛，会引入建筑施工中或者掺加这类减水剂的建筑物中，这种物质会随时释放出来，影响环境和相关人员的健康。目前我国非常重视建筑物中小分子物质的释放，已经制定了混凝土中氨限量的标准，这预示着我国建筑材料发展的新方向。

图1.1　萘系减水剂制备流程图

在工程中应用较多的另外一种高效减水剂——氨基磺酸系高效减水剂（ASF），其原材料主要是氨基苯磺酸、苯酚和甲醛，这种减水剂同样存在低分子化合物残留的问题。目前研究人员已经非常重视这一情况，希望通过改进生产合成工艺和原材料配比以尽量减少小分子化合物残留，降低减水剂对环境潜在的威胁。

图1.2　萘系减水剂结构式

混凝土减水剂研究进展及水溶性纤维素醚的合成与应用

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