材料制備與合成課程設(shè)計(jì)

1、材料制備與合成年級(jí)：09級(jí)姓名：喻永強(qiáng) 班級(jí)：材料1班 學(xué)號(hào)：091401122013-1-7新型萘系高效減水劑的合成l=J摘要：本文用廉價(jià)的草漿堿木素和荼等為原料合成新型荼系減水劑。在合成實(shí)驗(yàn) 中，確定了合成新型荼系減水劑的適宜工藝條件，縮合時(shí)間和溫度，以及最佳摻 量。該新型荼系高效減水劑的合成解決了萘系減水劑坍落度損失過(guò)快的缺點(diǎn)，以 及木素磺酸鹽系減水劑緩凝現(xiàn)象明顯，減水效果不足的缺點(diǎn)，使其具備兩者的各 自的優(yōu)點(diǎn)，即減水率高、坍落度損失少、合成成本低。關(guān)鍵詞:荼；草漿堿木素；減水劑；合成；性能測(cè)試刖曰隨著我國(guó)基本建設(shè)的迅猛發(fā)展，對(duì)建筑混凝土外加劑質(zhì)量及施工工藝提出了 更高的要求。高效減水劑

2、主要有荼系、木素磺酸鹽、三聚氤胺系和聚羧酸系等。 至今為止，荼系減水劑依然占據(jù)主要地位。自從發(fā)明了荼系高效減水劑以來(lái)，該 類高效減水劑已成為混凝土高效減水劑的主導(dǎo)產(chǎn)品。隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā) 展，尤其是高性能混凝土的出現(xiàn)，要求所加入的高效減水劑應(yīng)具有減水率高，流 動(dòng)性大，能有效的控制坍落度損失等功能，但是荼系高效減水劑雖然減水率高， 流動(dòng)性大，但是坍落度損失過(guò)快，不利于商品混凝土集中攪拌，直接影響到減水 劑的使用效果；因此如何解決荼系減水劑坍落度損失過(guò)快的缺點(diǎn)已成為進(jìn)一步推 廣應(yīng)用該類高效減水劑必須解決的首要問(wèn)題。而相反的木素磺酸鹽坍落度損失少 但減水效果低等不足，所以當(dāng)前國(guó)內(nèi)外十分重視提高荼

3、系和木素磺酸鹽系減水劑 性能的研究。本文試圖用廉價(jià)的草漿堿木素和荼為主要原料合成新型荼系高效減 水劑，使其在生產(chǎn)過(guò)程中表現(xiàn)出性能互補(bǔ)而彌補(bǔ)其不足。荼系減水劑是陰離子型高分子表面活性劑，具有較強(qiáng)的固液界面活性作用， 其吸附在水泥顆粒表面后，能使水泥顆粒的(-負(fù)電位大幅度降低(絕對(duì)值增大)。 因此荼系高效減水劑分散減水作用機(jī)理是以靜電斥力作用為主，兼有其他作用 力；荼系減水劑的氣-液界面活性小，幾乎不降低水的表面張力，因而起泡作用 小，對(duì)混凝土幾乎無(wú)引氣作用；荼系減水劑由于不含有羥基(-0H)，醚基(-0-) 等親水性強(qiáng)的極性基團(tuán)，故對(duì)水泥無(wú)緩凝作用。萘系高效減水劑摻量為水泥的0.3%-1.5%，

4、最佳摻量為0.5%-1.0%，減水率在 15%-30%之間。由于萘系高效減水劑提高了拌和物的穩(wěn)定性和均勻性，因此能減 小混凝土的泌水。在混凝土中加入萘系高效減水劑，在水泥用量和水灰比相同的 情況下，混凝土坍落度隨該類減水劑的摻量增加而明顯增大，而混凝土的抗壓強(qiáng) 度并不降低。在保持水泥用量及坍落度相同的條件下，減水率及混凝土抗壓強(qiáng)度 將隨減水劑摻量的增大而增大，開(kāi)始時(shí)增大速度較快，但當(dāng)摻量達(dá)到一定值后， 增大速度則迅速降低。萘系減水劑對(duì)不同品種的水泥的適應(yīng)性強(qiáng)，可配制早強(qiáng)、 高強(qiáng)和蒸養(yǎng)混凝土，也可配制免振搗自密實(shí)混凝土。保持混凝土的坍落度與強(qiáng)度 不變，摻入水泥質(zhì)量的0.75%的該類減水劑，可節(jié)約

5、水泥約20%。采用萘系減水劑 配制的混凝土，不但抗壓強(qiáng)度有明顯的提高，而且抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、棱柱強(qiáng) 度和彈性模量均有相應(yīng)的提高，并且對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕作用，同時(shí)具有早強(qiáng)作用。萘 系高效減水劑用于減少混凝土用水量而提高強(qiáng)度或節(jié)約水泥時(shí)，混凝土收縮值不 小于不摻的空白混凝土；用于增大坍落度而改善和易性時(shí)，收縮值略高于或等于 不摻的空白混凝土，但也不會(huì)超過(guò)技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的限制1X10-。萘系高效減水劑 對(duì)混凝土徐變得影響與對(duì)收縮影響的規(guī)律相同，指示當(dāng)摻高效減水劑而不節(jié)約水 泥時(shí)，抗壓強(qiáng)度明顯提高，而徐變明顯減小。萘系高效減水劑能顯著提高混凝土 的抗?jié)B性能，對(duì)抗凍性能、抗碳化性能均有所提高。實(shí)驗(yàn)部分2.1主

6、要試劑：草漿堿木素：pH=11.13，硫含量1.14%；萘：分析純；水泥： 普通硅酸鹽類；濃硫酸：98% ；甲醛溶液：37.0%40%； NaOH溶液：30%45%。主要儀器：三口燒瓶，回流冷凝管，電動(dòng)攪拌器，電熱恒溫水浴鍋，電 子天平，水泥凈漿攪拌儀，溫度計(jì)，滴液漏斗，F(xiàn)T-IR Avatar 360, DMPY-2C型 表面張力儀，JS94H型微電泳儀，DELTA320 pH計(jì)等。2.3合成原理：磺化反應(yīng)一般采用濃硫酸作為磺化劑，磺化反應(yīng)如下SO.HSO.H為提高B一萘磺酸的產(chǎn)率，要控制好反應(yīng)條件，實(shí)驗(yàn)證明，溫度在1601 65C，磺化時(shí)間2小時(shí)，萘與H2SO.的摩爾比在1： 1. 31.

7、 4時(shí)為宜。水解反應(yīng)在磺化時(shí)不可避免的生成一部分a-萘磺酸，a-萘磺酸不利于縮聚反應(yīng)，需將 a-萘磺酸轉(zhuǎn)化為6 -萘磺酸以利于縮聚反應(yīng)，在120C左右水解，酸度控制在30左 右，水解時(shí)間0. 5h為宜。DCB， 即6 -萘磺酸與堿木素的質(zhì)量比縮合時(shí)間縮合溫度堿木素與濃硫酸的質(zhì)量 比。水泥靜漿流動(dòng)度最大時(shí)的工藝條件為適宜條件，即6-萘磺酸與堿木素的質(zhì) 量比為2 : 13 : 1；縮合溫度為101105C；縮合時(shí)間為3.03.5 h。值得提出的 是該工藝可以不使用濃硫酸，條件更為溫和。3.2結(jié)構(gòu)表征比較堿木素、普通萘系減水劑以及新型萘系減水劑的傅立葉紅外譜圖。從譜 圖中看新型萘系減水劑與普通萘系減

8、水劑和堿木素在結(jié)構(gòu)上是否有很大差別，如 果圖譜明顯的不同則說(shuō)明新型萘系減水劑是一種新的物質(zhì)。3.3性能研究記錄摻入不同量減水劑溶液的表面張力、水泥顆粒表面吸附量的大小于表3, 評(píng)價(jià)新型萘系改性劑的效果表3減水劑含量（wt%）表面張力（N/m）吸附量（mg/g）萘系減水劑新型萘系減水劑萘系減水劑新型萘系減水劑00.020.040.060.080.10（1）表面張力萘系減水劑是一種表面活性物質(zhì)，它降低了水泥一水界面的界面張力，有利 于水泥顆粒的分散；以減水劑濃度為橫坐標(biāo)，以表面張力為縱坐標(biāo)作曲線圖。比 較圖中普通萘系減水劑與新型高效減水劑溶液的表面張力，可以得出新型萘系減 水劑的減水效果，若新型萘

9、系減水劑的表面張力小于普通萘系減水劑則表明新型 萘系減水劑的效果優(yōu)于普通萘系減水劑。（2）吸附量以吸附量為縱坐標(biāo)，減水劑含量為橫坐標(biāo)作圖，比較新型減水劑與普通萘系 減水劑曲線中水泥顆粒吸附量的極限值，若新型萘系減水劑對(duì)水泥顆粒的吸附量 極限值較小，則表示吸附后溶液中減水劑的濃度較高，對(duì)體系分散作用較強(qiáng)，使 得體系流動(dòng)性更大，效果更好。資料表明普通萘系減水劑的吸附量極限值為 0.06%。（3）Z電位的經(jīng)時(shí)變化以Z電位為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)作曲線圖，比較新型減水劑與普通萘系減 水劑中Z電位的變化，水泥顆粒Z電位的絕對(duì)值下降較慢的則表示保坍作用較 強(qiáng)。（4）水泥凈漿流動(dòng)度的經(jīng)時(shí)變化比較摻入兩種不同減

10、水劑的水泥凈漿的經(jīng)時(shí)變化，水泥凈漿流動(dòng)度變化較小 的減水劑效果較好。（5）混凝土性能在相同水灰比下，測(cè)得混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失以及抗壓強(qiáng)度變化，比較普通萘系減水劑和新型減水劑的坍落度損失以及抗壓強(qiáng)度于表4。表4相同水灰比下混凝土性能減水劑種 類水灰 比坍落度經(jīng)時(shí)損失(cm) /損失率(%)抗壓強(qiáng)度(MPa) /抗壓強(qiáng)度比(%)0h0.5h1.0h1.5h2.0h3d7d基準(zhǔn)0.61FDN0.61新型FDN0.613.4最佳摻量的確定繪制新型萘系減水劑摻量與水泥凈漿流動(dòng)度的曲線圖，水泥凈漿流動(dòng)度最大 值對(duì)應(yīng)的減水劑含量即為最佳摻量，并計(jì)算該摻量下的減水率?？尚行苑治鲈摵铣蓪?shí)驗(yàn)在理論上可行，且根據(jù)查

11、閱資料表明，該新型萘系減水劑在各方 面均優(yōu)于普通萘系減水劑，保坍效果明顯。且由已知合成該新型萘系減水劑的紅 外光譜圖可以看出兩者與甲醛之間確實(shí)發(fā)生了不同于它們單獨(dú)與甲醛的反應(yīng)。該 新型萘系高效減水劑在的最佳摻量為0.9%左右，減水率大約為44,74%。產(chǎn)品的顏 色為黃褐色，固含量為96.18%，pH值為7.55；表面張力為74.97X 103 N.m-1；氯 離子含量為0.179%；硫酸鈉含量為13.16%；當(dāng)水灰比為0.35,產(chǎn)品的摻量為0.9% 時(shí)，水凈漿流動(dòng)度為214mm。參考文獻(xiàn)：蔡希高.高性能外加劑主導(dǎo)官能團(tuán)理論J.化學(xué)建材，1999：24- 27.雷燕軍.B-萘磺酸鈉縮甲醛與木鈣復(fù)

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