釜外水解合成有機硅防水劑及高效泵送防水混凝土研究
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摘要: 采用甲基氯硅烷副產(chǎn)品高沸物為原材料, 間接法生產(chǎn)、釜外水解, 解決了有機硅防水劑中氯離子含量高的問題, 實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)有機硅防水劑的低成本合成, 并以氨基磺酸鹽高效減水劑復(fù)合成高效泵送防水劑, 配制高性能混凝土并測試評價了各種物理力學性能, 尤其是高寒地區(qū)混凝土的高抗凍性能。
關(guān)鍵詞: 有機硅; 混凝土; 防水; 泵送; 耐久性
Abstract: In this work, high-boiling by-product of methyl chlorosilane is taken as the raw material to prepare organosilicon by an indirect approach which is carried out externally to a reaction kettle, so the content of Cl- ion in the organosilicon products is reduced remarkably, while the production cost of organosilicon waterproofing agent is lowered as well.With the combination of amino-sulfonic acid-based superplasticizer, complexed high-efficiency waterproofing agent for pumping concrete is prepared.
Measurements and evaluations of the physical and mechanical properties of the obtained high- performance concrete have been carried out, especially the freezing resistance in extremely cold areas.
Key words: organosilicon; concrete; waterproofing; pumping; durability
中圖分類號: TU 528.042.6 文獻標志碼: A
前言
有機硅防水劑具有優(yōu)異的憎水效果, 常用于砂漿防水, 近年來, 在混凝土工程中的用量日益增多。甲基氯硅烷RnSiCl( 4- n)是制備有機硅化合物的重要原料。1901 年格利雅法的出現(xiàn), 人們實現(xiàn)了工業(yè)化的大規(guī)模合成甲基氯硅烷。1941 年, Rochow 明了直接法合成有機氯硅烷。直接法系在銅催化下, 由氯甲烷直接與硅粉反應(yīng), 一步得到甲基氯硅烷。為有機硅的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。直接法生產(chǎn)的粗產(chǎn)物送入分餾塔, 按沸點不同可分成高沸物( 沸點高于CH2SiCl2) 、二甲基二氯硅烷、低沸物等。而人們只回收利用了二甲基二氯硅烷, 其它均作為垃圾丟棄, 隨著科學技術(shù)的發(fā)展和資源有效利用意識的增強, 人們發(fā)現(xiàn)高沸物和低沸物均具有使用價值, 本研究以高沸物為主要原料, 合成低成本高質(zhì)量的有機硅防水劑。本研究采用釜外水解合成法,將主要原料高沸物經(jīng)水解、醇化、聚合等反應(yīng), 生成的一種以有機硅化合物( 甲基硅醇鈉)為有效成分, 能夠有效降低混凝土的吸水性和在靜水壓下透水性的液體防水劑。并與氨基磺酸鹽高效減水劑復(fù)合, 制備優(yōu)質(zhì)的泵送混凝土防水劑。
1 低成本有機硅防水劑的工業(yè)化合成
1.1 工業(yè)化合成的原材料
合成有機硅防水劑的主要原材料為: 甲基氯硅烷高沸物,工業(yè)乙醇, 工業(yè)氫氧化鈉等。其中, 甲基氯硅烷的質(zhì)量見表1。工業(yè)乙醇和工業(yè)氫氧化鈉均符合國家相關(guān)標準。
1.2 中間產(chǎn)物的合成制備
按企業(yè)標準檢驗合格的高沸物原料裝入原料罐。合成時將原料罐中的原料( 液體) 放入水解槽中, 加入足量的水, 攪拌均勻后, 進行以下的水解反應(yīng), 反應(yīng)式見式( 1) 。
RnSiCl( 4- n) +nH2O→RnSi( OH) ( 4- n) +( 4- n) HCl ( 1)
水解至生成許多小顆粒, 在水中浸泡12h。將水解后的產(chǎn)物研磨, 全部通過直徑2.5mm 篩, 以增加反應(yīng)物的表面積, 使其在后續(xù)反應(yīng)中更加徹底。粉碎物洗料, 去除水解產(chǎn)物中的鹽酸。控制pH 值在8~10 之間。然后將物料甩干,制成的半成品固體物料其有效成分為甲基硅醇。
1.3 催化與聚合
將合成的中間產(chǎn)物加入工業(yè)乙醇拌和, 按每箱半成品35kg,加入5kg 工業(yè)乙醇混合, 進行催化反應(yīng)將尚未羥基化的支鏈羥基化, 并使硅醇中間體中有富余的羥基, 使聚合反應(yīng)更易進行,催化時間為( 720±5) min。將催化反應(yīng)后的半成品裝入反應(yīng)釜, 加入檢驗合格的氫氧化鈉, 進行聚合反應(yīng), 生成甲基硅醇鈉。反應(yīng)時間控制在40~60min, 溫度控制在( 120±5) ℃, 壓力控制在0.2MPa, 聚合反應(yīng)式見式( 2) 。
1.4 成品的性能及檢驗
按國家建材行業(yè)標準JC 474- 1999《砂漿、混凝土防水劑》對合成的有機硅防水劑的勻質(zhì)性、受檢砂漿的性能和受檢混凝土性能進行檢驗。水泥為基準水泥, 砂子為沈陽渾河中砂, 細度
模數(shù)為2.9。石子為遼陽產(chǎn)碎石, 粒級為5～5mm。勻質(zhì)性檢驗結(jié)果符合標準要求, 尤其是氯離子含量僅為0.05%, 與以往的0.6%縮小了12 倍。受檢砂漿和受檢混凝土的檢驗結(jié)果表明, 均達到了一等品的性能要求。詳見表2、3。
2 高性能有機硅泵送混凝土防水劑
2.1 工業(yè)化合成的泵送混凝土防水劑性能
將合成的優(yōu)質(zhì)有機硅防水劑與氨基磺酸鹽高效減水劑、具有膨脹效應(yīng)的組分復(fù)合, 配制成高性能的有機硅泵送混凝土防水劑, 經(jīng)多次工業(yè)化試驗, 形成了穩(wěn)定生產(chǎn), 工業(yè)化產(chǎn)品經(jīng)遼寧省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站抽樣檢驗, 其混凝土性能既符合國家建材行業(yè)標準JC 474- 1999《砂漿、混凝土防水劑》一等品的技術(shù)要求, 又符合國家建材行業(yè)標準JC 473- 2001《混凝土泵送劑》一等品的技術(shù)要求。詳細性能指標見表4。
2.2 混凝土工程試驗與評價
某污水處理工程要求混凝土的強度等級和抗?jié)B指標為C20P6, C35P8 F200, C40P8 F200, 施工部位為雨水貯池、生化池、沉池、污泥濃縮池等。水泥為冀東普通硅酸鹽32.5 級水泥; 砂子為中砂,細度模數(shù)2.8; 碎石粒徑為5～5mm; 外加劑為合成的高性能的有機硅泵送混凝土防水劑, 摻量分別為1%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%。外加劑摻量試驗的基準混凝土配合比如表5 所示。
高性能有機硅泵送混凝土防水劑的摻量泵送混凝土坍落度及經(jīng)時損失之間的關(guān)系分別見圖2、3, 由圖2、3 可知, 高性能有機硅泵送混凝土防水劑與實際工程材料和配合比的適應(yīng)性很好, 具有優(yōu)異的保塑性和力學性能。當摻量為2.5%時, 基本上60min 無坍落度損失。抗壓強度、抗?jié)B性和抗凍性可滿足C35P8F200的技術(shù)要求。實測抗?jié)B達到P20。
  根據(jù)不同水泥品種和強度等級進行的混凝土配合比試驗見表6。由表6 可知, 高性能有機硅泵送混凝土防水劑具有優(yōu)異的保塑、早強特征, 可配制C20～60 的高抗?jié)B混凝土。通過不同摻量及相應(yīng)配合比的試驗, 考察了高性能有機硅泵送混凝土防水劑的水泥適應(yīng)性, 經(jīng)試驗確定了節(jié)約水泥10%, 28d 抗壓強度提高10%~15%, 抗?jié)B等級在P20 以上的高抗?jié)B混凝土。
3 抗凍試驗研究
為進一步檢驗該防水劑的抗凍性能, 進行了300 次凍融循環(huán)試驗, 試驗結(jié)果見表7。表中P-1 為普通防水混凝土, H-1 為摻高性能有機硅泵送混凝土防水劑的混凝土, 結(jié)果表明, 摻高性能有機硅泵送混凝土防水劑的混凝土抗凍能力得到明顯的改善。
4 結(jié)論
( 1) 釜外水解合成的有機硅防水劑氯離子含量低, 對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性有利, 勻質(zhì)性檢驗結(jié)果符合標準要求, 尤其是氯離子含量僅為0.05%, 與以往的0.6%縮小了12 倍。受檢砂漿和受檢混凝土的檢驗結(jié)果表明, 均達到了國家建材行業(yè)標準JC 474- 1999《砂漿、混凝土防水劑》一等品的性能要求;
( 2) 與氨基磺酸鹽高效減水劑復(fù)合后具有很好的泵送防水劑的技術(shù)性能, 經(jīng)遼寧省建材產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院抽樣檢驗,其受檢混凝土性能既符合國家建材行業(yè)標準JC 474- 1999 《砂漿、混凝土防水劑》一等品的技術(shù)要求, 又符合國家建材行業(yè)標準JC 473- 2001《混凝土泵送劑》一等品的技術(shù)要求。與傳統(tǒng)的防水劑相比, 各齡期的抗壓強度得到顯著提高;
( 3) 高性能有機硅泵送混凝土防水劑具有優(yōu)異的保塑、早強特征, 可配制C20~C60 的高抗?jié)B混凝土。同時具有很好的水泥適應(yīng)性, 在實際工程中, 經(jīng)試驗優(yōu)化配制出節(jié)約水泥10%, 28d 抗壓強度提高10%~15%, 抗?jié)B等級在P20 以上的高抗?jié)B混凝土;
( 4) 與普通防水混凝土相比, 300 次凍融循環(huán)下的混凝土性能明顯改善。對于嚴寒地區(qū)的防水混凝土工程尤為適用。
綜上所述, 采用釜外水解合成可以配制低成本優(yōu)質(zhì)防水劑, 與氨基磺酸鹽復(fù)合的高效防水泵送劑配制優(yōu)質(zhì)的泵送防水混凝土是十分有效的。
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| 原作者： 唐明, 劉普清, 孫小巍, 潘文浩 |
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