1 前言
减水剂是生产高强高性能混凝土的重要原料。减水剂作为一种分散剂,可以改变水泥颗粒表面的物理化学性质增加颗粒间的斥力,提高新拌浆体的流动性,改善混凝土的工作性。
目前国内市场的减水剂有萘系减水剂,磺化三聚氰胺减水剂,氨基磺酸盐减水剂以及聚羧酸盐减水剂。作为一种重要的非萘产品之一，磺化醛酮缩聚物类减水剂，即俗称的脂肪族减水剂，是20世纪80年代发展起来的一种新型减水剂。该减水剂具有减水率高、引气量低、不含Na2SO4、强度增长快和生产工艺简单等诸多优点。尤其是其合成原料来源广泛，
在目前工业萘价格上扬,三聚氰胺和价格长期居高不下的情况下，以其巨大的成本优势备受青睐。
2 实验部分
2.1 反应机理
脂肪族减水剂的合成反应机理非常复杂,一般可以概括为基础反应和聚合反应2步。
在基础反应中有2个反应占有主要地位，一个是碱性条件下的羟醛缩合反应，另一个和甲醛同亚硫酸氢钠的加成反应：
上述基本反应中产生了许多能进行缩合反应的复杂单体，主要有以下几种：反应(2)产生的一缩甲醛，它是主要的缩合单体，对链增长的贡献大；反应CL)产生的4-羟基-4-甲基一2一戊酮和磺化反应产生的单体。磺化反应产生的单体只有个羟基，不能参与链增长，它们是主要的链终止剂。
基础反应的产物是能进行缩合反应的多羟基化合物，这些多羟基化合物在碱性、高温条件下失水缩合，形成磺化甲醛缩合物。关于这一步反应的过程机理是争论的焦点，有人认为该反应是缩聚机理，即第一步反应产生的多羟基化合物在碱性、高温条件下失水缩合，形成磺化甲醛缩合物；也有人认为该反应是自由基聚合机理，即在碱性、高温条件下多羟基化合物失水生成具有双键的烯类化合物，烯类化合物在高温下发生白由基热聚。笔者认为该反应缩聚机理可能性比较大，因为该反应产物的分子质量随着反应时间的增加而增大，这是缩聚反应的特征。
2.2 合成材料
亚硫酸钠≥ 99%（工业级≥ 98%（工业级）甲醛≥ 37%（工业级）液碱≥ 30%（工业级）
2.3 合成实验
（1）将一部分甲醛、和Na2S2O5混合均匀,备用。
（2）在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器、滴液漏斗的四口烧瓶中加入称量好的自来水和Na2SO3以及另一部分甲醛。开动搅拌器用水浴升温55℃，在55℃ ~65℃条件下用滴液漏斗缓慢滴加备用的混合液 ,滴加时间1~2h。
（3）滴加完毕后,升温至90~95℃ ,保温2~3h,得到含固为38% 的产品。
3 结果与讨论
3.1加料方式对减水剂分散性能的影响
不同加料方式得到的产品的结构不同,从而产品的分散性能不一样。分别滴加不同量的甲醛(A)及(B),脂肪族减水剂的分散性能见表1。
由表1看出,不同加料方式对脂肪族减水剂的分散性有较大影响。单独滴加甲醛(A)时净浆流动度仅157mm,混合滴加50% 的甲醛和全部时流动度达到220mm。
3.2正交实验
根据磺化醛酮缩合物的合成过程，认为影响反应的主要因素分别为：与甲醛的配比、磺化剂亚硫酸盐用量、聚合反应温度和保温时间。考虑反应过程中各因素之间的相互作用，将各因素的点结合起来，找到化条件，本实验设计4因素3水平的正交实验，方案如表2所示。
本实验选定水泥净浆流动度作为评价指标，其中水泥选用三德水泥P·O42.5，水灰比为0.32，减水剂固体掺量为0.35%。经过9次实验所得实验结果如表3所示。
由表3可知：各因素对反应的影响大小为B > A > C >D ,即磺化剂用量对反应的影响,其次为醛酮摩尔比，缩聚反应温度和保温时间则次。且各影响因素的极差Rj均较小，说明该正交实验所考察的水平已接近水平，所以工艺条件为: A2B2C3D3 ,即n (甲醛) /n ) = 2.0∶1 , n (亚硫酸钠) / n ) = 0.7∶1 ,聚合反应温度95℃，保温时间 3.0h。
3.3红外表征
将所合成的产物试样经乙醇沉析后，经过滤、干燥，并用KBr 压片，使用红外光谱仪扫描样品的红外吸收光谱。其红外曲线光谱见图1。
由图1可以看出在3456cm-1处出现了强的吸收峰，其为羟基的特征吸收峰；在1650cm-1处为羰基的伸缩振动吸收峰；在1178cm-1和1045cm-1处为磺酸基团的伸缩振动吸收峰。这些结构特点可以证明所合成的产物为带有羟基,磺酸基和部分碳基的脂肪族的缩合物。
3.4 混凝土实验
按照GB8076-2008的方法进行混凝土试验方法测其减水率。具体实验结果如表4所示。
从表4可看出随着脂肪族减水剂具有良好的减水效果，当减水剂掺量为0.45%时，减水率可达到21.0%，28d强度达到68.0MPa。
脂肪族减水剂减水率、坍落度、强度随着减水剂掺量的增加而变大，在试验范围内，减水剂的掺量与减水率几乎成正比例的关系。且在拌制的混凝土表观表现良好，不离析、不泌水、和易性良好。另外，掺加该减水剂的混凝土，早期强度发展很快，3d的强度可以达到28d强度的70%左右，7 d的强度可以达到28 d强度的80%左右，由此可见，脂肪族减水剂有增强早期强度的性能。
4 结论
（1）加料方式对产品性能有较大影响,滴加50%甲醛和
全部的产品，综合性能良好。
(2)通过正交实验研究了原料配比、聚合温度和保温时间等因素对合成产物性能的影响，得到了配合比是n(甲醛)：n（亚硫酸钠）：n（=2.0:0.7：1，聚合反应温度95℃，保温时间3.0h。
(3)该减水剂具有良好的减水效果，并有增强早期强度的性能。