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        一種天然高分子減水劑的性能研究

        2013-09-17 09:27:44沈依勇石從黎
        商品混凝土 2013年10期
        關(guān)鍵詞:水率凈漿分散性

        沈依勇,石從黎

        (1.四川吉龍化學(xué)建材有限公司,彭山 620866;2.重慶市建筑科學(xué)研究院,重慶 400020)

        1 引言

        天然高分子是一種儲量豐富的可再生資源,化學(xué)性質(zhì)活潑,可以通過化學(xué)、物理手段進(jìn)行改性成為新的材料[1~2]。在當(dāng)今石化資源日益減少的背景下,如果能利用天然高分子來獲取混凝土外加劑,則發(fā)展前景十分廣闊[3]。

        本論文選擇玉米淀粉這類天然高分子材料,從玉米淀粉的化學(xué)性質(zhì)及高效減水劑作用機(jī)理出發(fā),根據(jù)減水劑的分子結(jié)構(gòu)特點,采用烷基磺酸化、醚化、酯化等手段,在淀粉的分子結(jié)構(gòu)上引入親水性強(qiáng)的陰離子基團(tuán),制備出一種以脫氧葡萄糖長鏈為憎水基,羥基和磺酸基為親水基的混凝土減水劑 ST,其分子結(jié)構(gòu)見圖 1 。本文從紅外光譜、凈漿流動度、減水率及強(qiáng)度等方面,對 ST 的性能進(jìn)行研究。

        圖1 淀粉基高效減水劑的分子結(jié)構(gòu)

        2 試驗材料及方法

        2.1 主要原材料

        水泥:拉法基 P·O42.5 水泥,地維 P·O42.5 水泥,富豐P·O42.5 水泥,小南海 P·O42.5 水泥。

        細(xì)集料:特細(xì)天然砂,細(xì)度模數(shù) 0.8,機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)3.3。

        粗集料:5~20mm 石灰?guī)r碎石。

        減水劑:以玉米淀粉為原料制備的一種天然高分子減水劑 ST,某萘系高效減水劑 FDN。

        2.2 試驗方法

        (1)紅外光譜,采用 Nicolet 公司的 KAGHA—IR550 型紅外光譜儀進(jìn)行測定。

        (2)水泥凈漿性能測定,按照 GB8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》中的相關(guān)方法進(jìn)行。

        (3)混凝土性能的測定,按照 GB8076—2008《混凝土外加劑》的相關(guān)方法進(jìn)行。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 ST的微觀結(jié)構(gòu)

        圖2 ST 的紅外光譜圖

        ST 紅外光譜圖(圖 2)表明, 3600~3000cm-1處特征峰為羥基,1000~1200cm-1處為糖苷鍵,1352cm-1和 1119 cm-1分別是 -SO2-的不對稱和對稱伸縮振動峰,618cm-1則是S—O鍵的伸縮振動[4],說明 ST 的微觀結(jié)構(gòu),不僅保留了淀粉的特征官能團(tuán)羥基和糖苷,而且 -SO2-、S—O 鍵的存在證明了磺酸基的存在。

        3.2 ST 對水泥的分散性及保持能力

        ST 對水泥的分散性能明顯優(yōu)于萘系高效減水劑 FDN,見圖 3。而且當(dāng) ST 摻量小于 0.6% 時,凈漿流動度隨摻量增加變化較為顯著,當(dāng)摻量到達(dá) 0.6% 時,這種變化趨于平緩,說明 ST 摻量飽和點在 0.6%~0.8% 范圍。

        圖3 ST 對水泥凈漿分散性的影響

        此外,ST 在水泥分散性保持方面也非常突出,圖 4 的數(shù)據(jù)表明摻 ST 的水泥凈漿 120min 內(nèi)流動度基本沒有損失,顯著優(yōu)于 FDN。這是因為 ST 為天然高分子,分子量較大,能提供有效的空間位阻作用,同時 ST 分子鏈上有羥基存在,能延緩水泥的水化作用,有利于水泥流動度的保持。

        圖4 ST 對水泥凈漿流動度經(jīng)損失的影響

        3.3 ST 對水泥的適應(yīng)性

        試驗選擇重慶預(yù)拌混凝土行業(yè)普遍使用的四種水泥進(jìn)行適應(yīng)性試驗,結(jié)果見表 1。摻入 ST 后,四種水泥的凈漿流動度相差不大,30min 流動度均增加,并且 60min 后流動度的損失也較小,說明 ST 對不同品種的普通水泥都具有很好的適應(yīng)性。

        表1 ST 對不同水泥的適應(yīng)性 mm

        3.4 ST 的砂漿減水率

        減水率是 ST 作為減水劑使用的重要性能指標(biāo),圖 5 對比了 ST 與萘系高效減水劑 FND 的砂漿減水率,結(jié)果表明 ST 的減水率顯著高于同摻量的 FDN。

        圖5 ST 的砂漿減水率

        3.5 ST 對混凝土強(qiáng)度的影響

        由表 2 可以看出 ST 對混凝土的 28d 強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)作用,只是當(dāng)摻量較高時(大于等于 0.6%),對混凝土的早期強(qiáng)度有一定影響,這是由于 ST 分子鏈上含有大量羥基,對水泥有較強(qiáng)的緩凝作用。

        表2 ST 的混凝土抗壓強(qiáng)度

        4 結(jié)論

        以淀粉為原料制備了一種天然高分子減水劑 ST。對于水泥和混凝土,ST 的適應(yīng)性、分散性及分散性保持能力好,并且 ST 的減水率高,能顯著提高混凝土的強(qiáng)度。

        [1]Vieira M C, Klemm D, Einfeldt L, et al.Dispersing agents for cement based on modified polysaccharides [J].Cement and Concrete Research,2005,35 (5):883- 890.

        [2]Dong-Fang Zhang, Ben-Zhi Ju, Shu-Fen Zhang, Lu He, Jin-Zong Yang.The study on the dispersing mechanism of starch sulfonateas a water-reducing agent for cement[J].Carbohydrate Polymers, 2007,70 :363–368.

        [3]石從黎.淀粉基緩凝減水劑的制備及其性能研究[D].碩士學(xué)位論文[A].重慶大學(xué),14-15.

        [4]吳俊,謝守和.微細(xì)化玉米淀粉粒中水的作用研究[J].食品科學(xué),2005,26(11):27-29.

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