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（廣東復特新型材料科技有限公司；廣東新業混凝土有限公司）

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廣東復特新型材料科技有限公司；2廣東新業混凝土有限公司）

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，其最佳反應條件：反應溫度70℃，反應時間8h。所制備季銨鹽晶體抗泥劑能提高減水劑的適應性，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

隨著混凝土工業的迅速發展，大量天然的砂石已經消耗殆盡，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構，使其優先于水泥吸附減水劑和自由水，從而導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］。

目前國內也有抗泥劑及抗泥型減水劑的相關研究［8～10］，在一定程度上解決了混凝土因含泥量過高而導致性能變差的問題，對季銨鹽晶體抗泥劑的相關研究較少。本文根據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2.5；石子，花崗巖，含泥量0.8%，2～25連續級配。

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攪拌，反應設定時間后，將所得產物用布氏漏斗抽濾分離，用乙醇清洗數遍，得出白色晶體。將白色晶體放入蒸發皿，放置鼓風烘箱中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《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行，鈉基膨潤土按內摻法取代相應質量的水泥，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　結果與討論

3.1合成條件的優化

3.1.1反應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，溶劑占反應體系中的質量分數為70%，1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺按照特定的摩爾比例，反應時間為8h，考察反應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反應溫度的升高而逐漸增大。反應溫度在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；繼續升高溫度，則流動度趨向平穩。所以，溫度的提高有助于KN的合成，適宜的反應溫度為70℃。

圖1　反應溫度對凈漿流動度的影響

3.1.2反應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，溶劑占反應體系中的質量分數為70%，1，2-二溴乙烷和四甲基乙二胺按照特定的摩爾比例，選定反應溫度為70℃，考察反應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反應時間的增加而逐漸增大。反應時間在4h時，水泥凈漿初始流動度只有168mm，反應時間為8h時，則達到270mm；反應時間繼續增加，流動度趨向平穩。因此，反應時間增長有助于KN的合成，適宜的反應時間為8h。

圖2　反應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，FT-S3高減水型減水劑 1h后均在160mm以上，FT-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；摻量繼續增加至0.05%和0.06%時，流動度趨于平穩。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條件：反應溫度為70℃，反應時間為8h。

⑵季銨鹽晶體抗泥劑能提高減水劑的適應性，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，且產物為固體，便于儲存和運輸。●

表4　不同膨潤土摻量對混凝土性能的影響

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