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【摘要】采用缩合聚合反应合成了低塌落度损失的氨基磺酸盐高效减水剂。探讨了缩合法生产氨基磺酸盐高效减水剂的工艺过程以及复配对高效减水剂性能的影响。
【关键词】氨基磺酸盐高效减水剂 塌落度 工艺过程 复配
当前我国规模生产和应用的高效减水剂品种有：萘磺酸甲醛缩合物系（BNS）、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物系（MS）、氨基磺酸盐系、脂肪族磺酸盐系、聚羧酸盐系。
氨基磺酸盐减水剂的主要特点有：此类减水剂属于非引气可溶性树脂减水剂；生产设备相对于萘磺酸系减水剂要简单、投资小、实际生产过程容易控制；该产品对不同品种水泥的适应性好、减水率高、耐久性好、冬季无结晶现象、混凝土的塌落度经时损失小（120min 内基本无损失 ），尤其适用于水灰比较小的高性能混凝土，在水灰比达到0.3左右时其减水率可达到30%；如果原材料配方及工艺过程参数的控制不当，或者配合比不当掺量偏高时，会造成砂浆或混凝土泌水，使混凝土拌合物产生离析分层，混凝土和易性变差，施工困难并对混凝土质量可能造成严重影响。
高性能减水剂的主要性能由主导官能团决定，所以设计高减水率官能团时必须要有SO3H或COOH，要保持塌落度必须要有OH基团。因此需要研究同时带有SO3H、OH还有NH2基团的高效减水剂。本文探讨的氨基磺酸盐系高效减水剂的工艺配比和工艺过程，已经成功应用于生产实践。
1、 高效混凝土减水剂合成及性能测试
1.1 合成实验部分
1.1.1 主要原料
对氨基苯磺酸钠（98%以上，工业级），尿素，苯酚（纯度 99 %，工业级），甲醛（37%左右，工业级），催化剂，水。
1.1.2 反应原理
氨基磺酸盐减水剂是由对氨基苯磺酸钠、水、苯酚、甲醛、尿素、催化剂在一定的工艺条件下通过缩合聚合反应而成。
从苯酚的分子结构来看，其羟基与苯环直接相连，羟基系邻对位定位基，因此苯环邻、对位上的氢比较活泼，在碱性环境下，和羰基化合物发生缩合反应，形成分支较多、极性较强的体型支链结构。
由于这类减水剂含有-OH、-SO3H、- NH2等活性基团，其分子结构对水泥微粒的吸附形态呈垂直的线状吸附，形成对水泥微粒的电性立体保护，因而具有很好的分散作用和缓凝作用，并能较长时间保持分散的稳定性。
1.1.3 工艺过程
将对氨基苯磺酸钠和水按配方比例加入三口烧瓶中，升温至50℃并搅拌30min，再按比例加入事先熔融的苯酚和尿素，升温至70℃开始滴加37%的甲醛溶液约1h。滴加后加入催化剂，温度恒定在75℃左右，反应时间大约10h左右。然后降温至40℃，缓慢加入一定浓度的烧碱溶液中和至pH值为10左右，最后用一定量的水稀释，得到浓度为35%左右的橙黄色的氨基磺酸盐减水剂成品。
1.2 复配与分散性能的测定
本实验中的复合减水剂是将合成的氨基磺酸盐减水剂与BNS减水剂按一定比例进行复配。实验中减水剂分散性能的测定以水泥净浆流动度的测定为依据。本文测定氨基磺酸盐高效减水剂分散性能是以水105ml、减水剂占水泥用量的0.8%为标准。
2、 复配减水剂的研究。
由上表可以看出未经过复配的氨基磺酸盐减水剂和萘系减水剂的净浆流动度的初始测定值均较小，但其经时损失均较大，而经过二元复配后两个方面的性能都得到明显提高，这是因为氨基磺酸盐高效减水剂与萘系减水剂的复配不仅由于两种组分中主要活性基团的叠加效应，提高了初始净浆流动度，而且由于氨基磺酸盐的存在，经时性能几乎没有损失，并且有增长的迹象。由于反应性官能团的存在，造成复配减水剂分散效果优于单独组分的使用。
作者同时采用了其它多种水泥进行上述实验，如地维水泥、富丰水泥、拉法基水泥、天助水泥等。氨基磺酸盐复配减水剂均对其有较好的净浆分散效果和经时性能。实验证明了氨基磺酸盐减水剂对不同品种的水泥有着良好的适应性。
氨基磺酸盐减水剂的价格略高于萘系减水剂。工程应用主要是与萘系复配用于大流动度高性能混凝土。也可以同时与其他类型的减水剂如脂肪族磺酸盐、蜜胺减水剂等进行多元复配，取得更佳的效果。
参考文献：
[1] 冯乃谦，邢锋。高性能混凝土技术。原子能出版社，2000，6.
[2] 冯乃谦，等。控制混凝土塌落度损失的添加剂及其制造方法中国发明专利8413[p]
[3] 光玉和己，等。高强化高性能AE减水剂的开发，1992.8.
[4] 服部健一，等。粒状化高性能减水剂现场施工试验。NO.443，Jan.
[5] 张玉国，等。河北化工。2003.5.
[6] 田培，等。混凝土外加剂。中国混凝土外加剂协会情报信息部出版，2004，2
[7] 熊大玉。国内减水剂新品种的研究与发展。2001.No.4
【关键词】氨基磺酸盐高效减水剂 塌落度 工艺过程 复配
当前我国规模生产和应用的高效减水剂品种有：萘磺酸甲醛缩合物系（BNS）、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物系（MS）、氨基磺酸盐系、脂肪族磺酸盐系、聚羧酸盐系。
氨基磺酸盐减水剂的主要特点有：此类减水剂属于非引气可溶性树脂减水剂；生产设备相对于萘磺酸系减水剂要简单、投资小、实际生产过程容易控制；该产品对不同品种水泥的适应性好、减水率高、耐久性好、冬季无结晶现象、混凝土的塌落度经时损失小（120min 内基本无损失 ），尤其适用于水灰比较小的高性能混凝土，在水灰比达到0.3左右时其减水率可达到30%；如果原材料配方及工艺过程参数的控制不当，或者配合比不当掺量偏高时，会造成砂浆或混凝土泌水，使混凝土拌合物产生离析分层，混凝土和易性变差，施工困难并对混凝土质量可能造成严重影响。
高性能减水剂的主要性能由主导官能团决定，所以设计高减水率官能团时必须要有SO3H或COOH，要保持塌落度必须要有OH基团。因此需要研究同时带有SO3H、OH还有NH2基团的高效减水剂。本文探讨的氨基磺酸盐系高效减水剂的工艺配比和工艺过程，已经成功应用于生产实践。
1、 高效混凝土减水剂合成及性能测试
1.1 合成实验部分
1.1.1 主要原料
对氨基苯磺酸钠（98%以上，工业级），尿素，苯酚（纯度 99 %，工业级），甲醛（37%左右，工业级），催化剂，水。
1.1.2 反应原理
氨基磺酸盐减水剂是由对氨基苯磺酸钠、水、苯酚、甲醛、尿素、催化剂在一定的工艺条件下通过缩合聚合反应而成。
从苯酚的分子结构来看，其羟基与苯环直接相连，羟基系邻对位定位基，因此苯环邻、对位上的氢比较活泼，在碱性环境下，和羰基化合物发生缩合反应，形成分支较多、极性较强的体型支链结构。
由于这类减水剂含有-OH、-SO3H、- NH2等活性基团，其分子结构对水泥微粒的吸附形态呈垂直的线状吸附，形成对水泥微粒的电性立体保护，因而具有很好的分散作用和缓凝作用，并能较长时间保持分散的稳定性。
1.1.3 工艺过程
将对氨基苯磺酸钠和水按配方比例加入三口烧瓶中，升温至50℃并搅拌30min，再按比例加入事先熔融的苯酚和尿素，升温至70℃开始滴加37%的甲醛溶液约1h。滴加后加入催化剂，温度恒定在75℃左右，反应时间大约10h左右。然后降温至40℃，缓慢加入一定浓度的烧碱溶液中和至pH值为10左右，最后用一定量的水稀释，得到浓度为35%左右的橙黄色的氨基磺酸盐减水剂成品。
1.2 复配与分散性能的测定
本实验中的复合减水剂是将合成的氨基磺酸盐减水剂与BNS减水剂按一定比例进行复配。实验中减水剂分散性能的测定以水泥净浆流动度的测定为依据。本文测定氨基磺酸盐高效减水剂分散性能是以水105ml、减水剂占水泥用量的0.8%为标准。
2、 复配减水剂的研究。
由上表可以看出未经过复配的氨基磺酸盐减水剂和萘系减水剂的净浆流动度的初始测定值均较小，但其经时损失均较大，而经过二元复配后两个方面的性能都得到明显提高，这是因为氨基磺酸盐高效减水剂与萘系减水剂的复配不仅由于两种组分中主要活性基团的叠加效应，提高了初始净浆流动度，而且由于氨基磺酸盐的存在，经时性能几乎没有损失，并且有增长的迹象。由于反应性官能团的存在，造成复配减水剂分散效果优于单独组分的使用。
作者同时采用了其它多种水泥进行上述实验，如地维水泥、富丰水泥、拉法基水泥、天助水泥等。氨基磺酸盐复配减水剂均对其有较好的净浆分散效果和经时性能。实验证明了氨基磺酸盐减水剂对不同品种的水泥有着良好的适应性。
氨基磺酸盐减水剂的价格略高于萘系减水剂。工程应用主要是与萘系复配用于大流动度高性能混凝土。也可以同时与其他类型的减水剂如脂肪族磺酸盐、蜜胺减水剂等进行多元复配，取得更佳的效果。
参考文献：
[1] 冯乃谦，邢锋。高性能混凝土技术。原子能出版社，2000，6.
[2] 冯乃谦，等。控制混凝土塌落度损失的添加剂及其制造方法中国发明专利8413[p]
[3] 光玉和己，等。高强化高性能AE减水剂的开发，1992.8.
[4] 服部健一，等。粒状化高性能减水剂现场施工试验。NO.443，Jan.
[5] 张玉国，等。河北化工。2003.5.
[6] 田培，等。混凝土外加剂。中国混凝土外加剂协会情报信息部出版，2004，2
[7] 熊大玉。国内减水剂新品种的研究与发展。2001.No.4