脂肪族減水劑磁效應(yīng)初探

王天印

洛陽黃河同力水泥有限責(zé)任公司（471000）

0 引言

為了增大減水劑的性能,通常經(jīng)過復(fù)配或者化學(xué)方法改性后投入使用。而磁效應(yīng)對(duì)減水劑合成及使用效果影響尚無研究。本課題的主要目的就是針對(duì)減水劑研究的這個(gè)空白區(qū)進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究，這對(duì)正確使用減水劑，優(yōu)化減水劑工藝，降低生產(chǎn)、使用成本有一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1試驗(yàn)材料

水泥來自黃河水泥廠，P.O.32.5；市售減水劑；自來水。

1.1.2試驗(yàn)儀器

水泥凈漿攪拌機(jī)（NJ-160A），截錐圓模（上口直徑 36 mm，下口直徑 60 mm，高度為 60 mm），玻璃板（400 mm×400 mm，厚 5 mm），電子秤，磁鐵（1 200 GS，2 塊）等。

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1磁效應(yīng)對(duì)減水劑性能的影響

1）磁場(chǎng)強(qiáng)度為B1（約1 200 GS）的磁場(chǎng)對(duì)減水劑性能的影響。

取一定量減水劑，將一塊磁鐵置于其中（如圖1a），然后每隔一小時(shí)取4.5 g減水劑,與87 g水,300 g水泥混合攪拌，測(cè)水泥凈漿流動(dòng)度。

圖1 磁鐵在減水劑中放置示意圖

2）磁場(chǎng)強(qiáng)度為B2（約2 400 GS）的磁場(chǎng)對(duì)減水劑性能的影響。

取一定量減水劑于塑料瓶中，將2塊磁鐵置于其中（如圖1b）,然后每隔一小時(shí)取4.5 g減水劑，與87 g水、300 g水泥混合攪拌，測(cè)水泥凈漿流動(dòng)度。

1.2.2磁效應(yīng)殘留效果

取一定量減水劑，將一塊磁鐵置于其旁邊一段時(shí)間（該時(shí)間為1 200 GS磁場(chǎng)對(duì)減水劑性能的影響中水泥凈漿流動(dòng)度最大時(shí)磁鐵放置時(shí)間），然后取出磁鐵，每隔一小時(shí)取4.5 g減水劑，與87 g水、300 g水泥混合攪拌，測(cè)水泥凈漿流動(dòng)度。

1.2.3減水劑摻量對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

取 300 g 水泥、87 g 水，分別與 4.5 g、4.8 g、5.1 g、5.7 g、6.0 g減水劑混合攪拌，測(cè)水泥凈漿流動(dòng)度。

1.2.4磁效應(yīng)對(duì)減水劑合成的影響

1）磁效應(yīng)對(duì)氨基減水劑合成的影響。

①按照設(shè)計(jì)的試驗(yàn)配比,稱取蒸餾水加入四口燒瓶中。②啟動(dòng)電動(dòng)攪拌器，調(diào)整適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣?，將水溫控制在適當(dāng)溫度。③再將一定量的對(duì)氨基苯磺酸鈉、苯酚加入燒瓶，攪拌均勻后加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH值。④升溫到指定溫度，然后用恒壓滴液漏斗緩慢滴加甲醛完畢并攪拌均勻。⑤恒溫反應(yīng)后，冷卻到室溫，滴加氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH，即得產(chǎn)品A。⑥在燒瓶?jī)蓚?cè)各放一塊磁鐵，重復(fù)步驟1~5，即得產(chǎn)品B。⑦取 300g水泥、87 g水分別與 4.5 g產(chǎn)品A、4.5 g產(chǎn)品B混合攪拌測(cè)其流動(dòng)度。

2）磁效應(yīng)對(duì)脂肪族減水劑合成的影響。

①打開水浴鍋電源,將溫度調(diào)至適當(dāng)待用。②取500 mL燒杯,稱取一定量甲醛,放到磁力攪拌器上攪拌備用。③稱取亞硫酸氫鈉,將其加入到攪拌器上的甲醛中，并計(jì)時(shí)反應(yīng)30 min，稱取水加到燒瓶中。④稱取焦亞硫酸鈉，加入到燒瓶中，裝上攪拌棒。⑤稱取氫氧化鈉加入到燒瓶中，用剩余的水沖下燒瓶?jī)?nèi)壁上附著的氫氧化鈉。⑥加入到裝有甲醛和亞硫酸氫鈉的燒杯中一定量的丙酮，蓋上大燒杯，繼續(xù)計(jì)時(shí)反應(yīng)。⑦時(shí)間到后將混合溶液加入到滴加管中準(zhǔn)備滴加，按1滴/秒的速度滴加至結(jié)束。⑧滴加完全后將水浴鍋溫度調(diào)至一定溫度,反應(yīng)后關(guān)閉水浴鍋電源自然冷卻至室溫，關(guān)閉攪拌，裝入試樣壺即得產(chǎn)品C。⑨在燒瓶?jī)蓚?cè)各放一塊磁鐵，重復(fù)步驟1~5,即得產(chǎn)品D。⑩取300 g水泥,87 g水分別與4.5 g產(chǎn)品C、4.5 g產(chǎn)品D混合攪拌測(cè)其流動(dòng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 磁效應(yīng)對(duì)減水劑性能影響

減水劑經(jīng)1 200 GS磁場(chǎng)處理后投入使用，從0開始每隔1小時(shí)測(cè)得流動(dòng)度如表1和圖2所示。

表1 減水劑在B1（約1 200 GS）磁場(chǎng)影響下不同時(shí)間水泥凈漿流動(dòng)度

減水劑經(jīng)2 400 GS磁場(chǎng)處理后投入使用,從0開始每隔1小時(shí)測(cè)得流動(dòng)度如表2和圖2所示。

表2 減水劑B2（約2 400 GS）磁場(chǎng)影響下不同時(shí)間水泥凈

圖2 減水劑在B1、B2磁場(chǎng)影響下水泥凈漿流動(dòng)度變化曲線

由圖2可以看出磁場(chǎng)對(duì)減水劑有一定的改善作用,基本隨時(shí)間逐漸加強(qiáng)，B1（約1 200 GS）磁場(chǎng)影響下在5小時(shí)后改善效果不再明顯，B2（約2 400 GS）磁場(chǎng)影響下1小時(shí)后改善效果不再明顯,水泥凈漿流動(dòng)度趨于穩(wěn)定。對(duì)比兩組試驗(yàn)，在2小時(shí)以前B2磁場(chǎng)比B1磁場(chǎng)對(duì)減水劑的影響速率更快，其流動(dòng)度更大。但兩組試驗(yàn)流動(dòng)度最大值不同，試驗(yàn)2流動(dòng)度最大值（300 mm）比試驗(yàn)1流動(dòng)度最大值（309 mm）明顯要小。磁場(chǎng)對(duì)大分子間及分子內(nèi)弱相互作用有影響，大分子間及分子內(nèi)弱相互作用是維持大分子構(gòu)象的主要作用力，這些弱相互作用包括氫鍵作用、疏水相互作用、靜電作用及范德華力等。由于磁場(chǎng)介質(zhì)作用使減水劑分子的構(gòu)象發(fā)生了變化。兩組試驗(yàn)中，可能是通過磁效應(yīng)使減水劑分子分散開來，減少了部分聚集現(xiàn)象，從而有更多的減水劑分子與水泥顆粒直接作用，導(dǎo)致流動(dòng)度增大。但磁場(chǎng)對(duì)不同的弱相互作用不同，另外場(chǎng)強(qiáng)的大小對(duì)弱相互作用影響不同，對(duì)這些弱相互作用的影響結(jié)果也可能會(huì)加強(qiáng)聚合，因此，不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度作用下的最大流動(dòng)度不同。

2.2 磁效應(yīng)殘留效果對(duì)減水劑性能影響

表3 減水劑在殘留磁效應(yīng)影響下水泥凈漿流動(dòng)度

減水劑經(jīng)1 200 GS磁場(chǎng)作用6小時(shí)后試驗(yàn)測(cè)得水泥凈漿流動(dòng)度為309 mm，取走磁鐵，然后每隔1小時(shí)，試驗(yàn)測(cè)得流動(dòng)度如表3和圖3所示。誤差太大，舍去283 mm這個(gè)數(shù)據(jù)。

圖3 減水劑殘留磁效應(yīng)影響下水泥凈漿流動(dòng)度變化曲線

由圖3可以看出,取走磁鐵后減水劑使用效果在前1小時(shí)內(nèi)下降很快，2小時(shí)后趨于平衡,其最小值比未經(jīng)磁化的減水劑效果稍好?？赡苁怯捎诔啡ゴ艌?chǎng)后，因減水劑分子間及分子內(nèi)弱相互作用，減水劑分子重新聚集在一起，影響了減水劑與水泥顆粒的直接接觸量，導(dǎo)致流動(dòng)度下降。但磁場(chǎng)殘留效應(yīng)未完全退去,故2小時(shí)后減水劑仍有一定的性能提升。

2.3 減水劑摻量對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度的影響

分別測(cè)得 4.5 g、4.8 g、5.1g、5.4 g、5.7 g、6.0 g、6.3 g、6.7 g、7.0 g減水劑時(shí)水泥凈漿流動(dòng)度如表4和圖4所示。

表4 不同減水劑摻量下的水泥凈漿流動(dòng)度

由圖4可以看出,隨減水劑摻量的增大而增大并逐漸趨于平衡。減水劑摻量的增大，增加了更多的減水劑分子與水泥顆粒的接觸作用，提高了水泥漿體的分散性，流動(dòng)度增大。但摻量增大到一定值，流動(dòng)度的變化便不再明顯。這是由于減水劑在水泥顆粒表面的吸附量逐漸趨于飽和,減水劑分子已包圍了整個(gè)水泥顆粒的表面，即使再增加減水劑量，也不會(huì)有更多減水劑與水泥顆粒接觸了。本試驗(yàn)中減水劑的最大摻量約為 6.7 g，對(duì)比減水劑經(jīng)B1（約1 200 GS）磁場(chǎng)處理后可最大減少摻量0.3 g左右;對(duì)比減水劑經(jīng)B2（約2400 GS）磁場(chǎng)處理后最大可減少摻量0.15 g左右。

圖4 水泥凈漿流動(dòng)度隨減水劑摻量的變化曲線

2.4 磁效應(yīng)對(duì)氨基減水劑合成的影響

用產(chǎn)品A作減水劑測(cè)得流動(dòng)度為223 mm，用產(chǎn)品B作減水劑測(cè)得流動(dòng)度為209 mm。但將產(chǎn)品B靜置兩天后，再做流動(dòng)度試驗(yàn)，測(cè)得流動(dòng)度為282 mm。如圖5所示。

本試驗(yàn)兩組試驗(yàn)均在相同時(shí)間內(nèi)完成，分析試驗(yàn)結(jié)果，磁場(chǎng)對(duì)合成反應(yīng)的影響可能為對(duì)反應(yīng)速率的影響、對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物品種或產(chǎn)量的影響。但產(chǎn)品B靜置2天后,性能變化很大，性能還要好于產(chǎn)品A?？赡苁钱a(chǎn)物由于磁效應(yīng)的作用以某種方式聚集在一起影響了其性能。殘留磁效應(yīng)消退后，產(chǎn)物分散開來，性能提升。本試驗(yàn)中所施加的磁場(chǎng)對(duì)氨基減水劑的合成有一定的促進(jìn)作用。

圖5 減水劑A、B、B靜置2天流動(dòng)度比較

2.5 磁效應(yīng)對(duì)脂肪族減水劑合成的影響

圖6 減水劑C、D、D靜置2天流動(dòng)度比較

用產(chǎn)品C作減水劑測(cè)得流動(dòng)度為268 mm，用產(chǎn)品D作減水劑測(cè)得流動(dòng)度為183 mm。但將產(chǎn)品D靜置2天后，再做流動(dòng)度試驗(yàn)，測(cè)得流動(dòng)度為247 mm，如圖6所示。

本試驗(yàn)兩組試驗(yàn)亦均在相同時(shí)間內(nèi)完成,磁場(chǎng)對(duì)合成反應(yīng)的影響可能對(duì)反應(yīng)速率的影響、對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物品種或產(chǎn)量的影響。但產(chǎn)品D靜置兩天后，性能變化很大，比產(chǎn)品C稍差。可能是產(chǎn)物由于磁效應(yīng)的作用以某種方式聚集在一起影響了其性能。殘留磁性消退后，產(chǎn)物分散開來，性能提升。本試驗(yàn)所施加的磁場(chǎng)對(duì)脂肪族減水劑的合成有一定的阻礙作用。

3 結(jié)論

1）一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)對(duì)減水劑的使用性能有一定的影響。使用合適的磁場(chǎng)介質(zhì)能對(duì)減水劑起到一定程度的改性作用。另外，磁場(chǎng)殘留效應(yīng)退去很快。

2）磁場(chǎng)對(duì)減水劑的合成有一定的影響，對(duì)不同的減水劑的合成有不同的影響。對(duì)外加磁場(chǎng)下合成的減水劑，殘留的磁效應(yīng)也將對(duì)減水劑的使用性能產(chǎn)生影響。

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